傳統抗癌藥物體外敏感性測試，耗時長、假陽性率高，且無法捕捉腫瘤細胞的個體差異。中科院蘇州醫工所宋一之團隊聯合牛津大學等機構在《Biosensors》期刊發表了一項突破性研究——利用單細胞拉曼光譜結合重水（D?O）標記技術（Raman-DIP），將藥敏檢測周期從72–144小時縮短至48小時，并在單細胞水平上揭示了腫瘤細胞對化療藥物的異質性應答。一、傳統藥敏檢測的三大痛點
目前主流的體外藥敏檢測方法（如MTT、CCK-8、CTG等）通過檢測細胞氧化還原酶活性或ATP含量來評估細胞活力。然而，這些方法存在三個難以逾越的瓶頸：痛點一：假陽性率高。試劑本身的細胞毒性、氧化應激等因素會干擾檢測結果，導致“假敏感"或“假耐藥"的判斷。痛點二：耗時長。傳統方法需要等待細胞增殖或死亡，通常耗時72–144小時。對于腫瘤患者而言，漫長的等待可能延誤最佳治療時機。痛點三：無法反映單細胞異質性。腫瘤是由具有不同遺傳和代謝特征的細胞亞群組成的混合群體。傳統群體檢測將所有細胞“平均化"，掩蓋了耐藥亞群的存在，而這恰恰是治療失敗的主要原因。
二、Raman-DIP：用“代謝指紋"代替“細胞計數"
(1) 方法學建立：用“碳-氘（C-D）指紋峰"量化單細胞代謝
傳統拉曼檢測的是細胞固有的蛋白質、脂質、核酸信號，但癌細胞是否“吃"了重水（D?O），才是判斷其代謝活性的關鍵。ü標記原理：研究將HCC827（人非小細胞肺癌）和MCF-7（人乳腺癌）細胞置于含D?O的培養基中。代謝旺盛的細胞在合成新脂質和蛋白質時，會將D?O中的氘（D）原子固定到碳鏈上，形成碳-氘（C-D）共價鍵。ü光譜指征：我們的拉曼光譜儀在2000~2300 cm?1的“生物靜默區"（該區域細胞自身沒有干擾峰）清晰地捕捉到了一個全新的特征峰（~2170 cm?1）。該峰強度直接與細胞內新合成的生物大分子量成正比。峰強越高，細胞代謝越旺盛；峰強下降，則說明藥物起效了。如圖所示，即使在5% D?O濃度下，細胞在~2170 cm?1處即出現清晰的C-D特征峰，且峰強隨D?O濃度升高而增強。圖1：不同濃度D?O培養下HCC827細胞的單細胞拉曼光譜ü計算模型：研究創新性地定義了“代謝指數（Metabolic Index）"，公式為：歸一化處理消除了細胞厚度和激光焦點差異帶來的誤差，使得不同細胞間的代謝數據具備高的可比性。如圖所示，代謝活性在D?O標記12小時后即可被拉曼光譜清晰檢測到。圖2：30% D?O培養不同時間下HCC827細胞的單細胞拉曼光譜
(2) C-D峰強度 = 細胞代謝活性的“實時儀表盤"
與傳統方法相比，Raman-DIP實現了三大突破：(1)速度突破：研究團隊對HCC827（人非小細胞肺癌細胞系）和MCF-7（人乳腺癌細胞系）兩種細胞系進行了測試。結果顯示，Raman-DIP將整個藥敏測試周期從傳統方法的72~144小時縮短至48小時。（數據顯示:12小時標記已足夠檢出C-D信號；24小時標記后代謝指數趨于穩定，因此24小時被確定為最佳標記時間）圖3：30% D2O培養不同時間下HCC827（B）和MCF-7（D）的單細胞代謝指數(2)精度突破：研究團隊對150個單細胞進行逐一拉曼掃描，發現在同一種高濃度藥物處理下，絕大多數細胞代謝被抑制，但仍有約1%的細胞保持著強烈的C-D信號——這些正是潛在的耐藥亞群。圖4：不同濃度Crizotinib處理下150個單細胞HCC827的代謝比率分布(3) 這種單細胞異質性分析是傳統群體檢測無法實現的。(4)可靠性突破：拉曼-DIP無需有毒染色試劑，從根本上避免了傳統方法的假陽性問題。研究團隊用8種抗癌藥物在兩種癌細胞系（HCC827和MCF-7）上驗證，結果顯示Raman-DIP與傳統金標準CTG法的藥敏判定結果100%一致（靈敏度、特異性、準確率均達1.0）。
三、我們的拉曼系統，為Raman-DIP而生
這項技術的落地，離不開一臺“懂細胞、懂代謝"的拉曼光譜儀。我們的（OpenRam HR300）共焦拉曼顯微鏡系統，正是為了這樣的應用場景而設計：
1.單細胞級分辨力
配備532nm/785nm雙波長激發，兼顧靈敏度和熒光背景抑制；共焦設計保證≤1 μm的空間分辨率，輕松鎖定單個貼壁或懸浮細胞；高精度電動載物臺（0.1 μm步進），支持高通量自動尋位和批量譜圖采集。
2.寬譜段、高信噪比
光譜覆蓋范圍400~3400 cm?1，完整覆蓋C-H、C-D、苯丙氨酸等關鍵生物標志峰；采用深制冷CCD探測器，積分時間僅需2秒即可獲得清晰C-D信號，有效降低光漂白和光損傷。
3.活細胞培養與環境控制模塊（選配）
可集成溫控、CO?和濕度控制單元，讓細胞在測量全程保持正常生理狀態；兼容多孔板（96/384孔）或鋁鍍膜玻片，與現有的細胞培養流程無縫銜接。OpenRam HR300多擴展行顯微共聚焦拉曼光譜儀
參考文獻：Wang, J.; Lin, K.; Hu, H.; Qie, X.; Huang, W.E.; Chen, Z.; Gong, Y.; Song, Y. Single-Cell Raman-Deuterium Isotope Probing for Rapid Anticancer Drug Efficacy Sensing. Biosensors2021, *11*(8), 286.
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