传统抗癌药物体外敏感性测试，耗时长、假阳性率高，且无法捕捉肿瘤细胞的个体差异。中科院苏州医工所宋一之团队联合牛津大学等机构在《Biosensors》期刊发表了一项突破性研究——利用单细胞拉曼光谱结合重水（D₂O）标记技术（Raman-DIP），将药敏检测周期从72–144小时缩短至48小时，并在单细胞水平上揭示了肿瘤细胞对化疗药物的异质性应答。一、传统药敏检测的三大痛点
目前主流的体外药敏检测方法（如MTT、CCK-8、CTG等）通过检测细胞氧化还原酶活性或ATP含量来评估细胞活力。然而，这些方法存在三个难以逾越的瓶颈：痛点一：假阳性率高。试剂本身的细胞毒性、氧化应激等因素会干扰检测结果，导致“假敏感"或“假耐药"的判断。痛点二：耗时长。传统方法需要等待细胞增殖或死亡，通常耗时72–144小时。对于肿瘤患者而言，漫长的等待可能延误最佳治疗时机。痛点三：无法反映单细胞异质性。肿瘤是由具有不同遗传和代谢特征的细胞亚群组成的混合群体。传统群体检测将所有细胞“平均化"，掩盖了耐药亚群的存在，而这恰恰是治疗失败的主要原因。
二、Raman-DIP：用“代谢指纹"代替“细胞计数"
(1) 方法学建立：用“碳-氘（C-D）指纹峰"量化单细胞代谢
传统拉曼检测的是细胞固有的蛋白质、脂质、核酸信号，但癌细胞是否“吃"了重水（D₂O），才是判断其代谢活性的关键。ü标记原理：研究将HCC827（人非小细胞肺癌）和MCF-7（人乳腺癌）细胞置于含D₂O的培养基中。代谢旺盛的细胞在合成新脂质和蛋白质时，会将D₂O中的氘（D）原子固定到碳链上，形成碳-氘（C-D）共价键。ü光谱指征：我们的拉曼光谱仪在2000~2300 cm⁻¹的“生物静默区"（该区域细胞自身没有干扰峰）清晰地捕捉到了一个全新的特征峰（~2170 cm⁻¹）。该峰强度直接与细胞内新合成的生物大分子量成正比。峰强越高，细胞代谢越旺盛；峰强下降，则说明药物起效了。如图所示，即使在5% D₂O浓度下，细胞在~2170 cm⁻¹处即出现清晰的C-D特征峰，且峰强随D₂O浓度升高而增强。图1：不同浓度D₂O培养下HCC827细胞的单细胞拉曼光谱ü计算模型：研究创新性地定义了“代谢指数（Metabolic Index）"，公式为：归一化处理消除了细胞厚度和激光焦点差异带来的误差，使得不同细胞间的代谢数据具备高的可比性。如图所示，代谢活性在D₂O标记12小时后即可被拉曼光谱清晰检测到。图2：30% D₂O培养不同时间下HCC827细胞的单细胞拉曼光谱
(2) C-D峰强度 = 细胞代谢活性的“实时仪表盘"
与传统方法相比，Raman-DIP实现了三大突破：(1)速度突破：研究团队对HCC827（人非小细胞肺癌细胞系）和MCF-7（人乳腺癌细胞系）两种细胞系进行了测试。结果显示，Raman-DIP将整个药敏测试周期从传统方法的72~144小时缩短至48小时。（数据显示:12小时标记已足够检出C-D信号；24小时标记后代谢指数趋于稳定，因此24小时被确定为最佳标记时间）图3：30% D2O培养不同时间下HCC827（B）和MCF-7（D）的单细胞代谢指数(2)精度突破：研究团队对150个单细胞进行逐一拉曼扫描，发现在同一种高浓度药物处理下，绝大多数细胞代谢被抑制，但仍有约1%的细胞保持着强烈的C-D信号——这些正是潜在的耐药亚群。图4：不同浓度Crizotinib处理下150个单细胞HCC827的代谢比率分布(3) 这种单细胞异质性分析是传统群体检测无法实现的。(4)可靠性突破：拉曼-DIP无需有毒染色试剂，从根本上避免了传统方法的假阳性问题。研究团队用8种抗癌药物在两种癌细胞系（HCC827和MCF-7）上验证，结果显示Raman-DIP与传统金标准CTG法的药敏判定结果100%一致（灵敏度、特异性、准确率均达1.0）。
三、我们的拉曼系统，为Raman-DIP而生
这项技术的落地，离不开一台“懂细胞、懂代谢"的拉曼光谱仪。我们的（OpenRam HR300）共焦拉曼显微镜系统，正是为了这样的应用场景而设计：
1.单细胞级分辨力
配备532nm/785nm双波长激发，兼顾灵敏度和荧光背景抑制；共焦设计保证≤1 μm的空间分辨率，轻松锁定单个贴壁或悬浮细胞；高精度电动载物台（0.1 μm步进），支持高通量自动寻位和批量谱图采集。
2.宽谱段、高信噪比
光谱覆盖范围400~3400 cm⁻¹，完整覆盖C-H、C-D、苯丙氨酸等关键生物标志峰；采用深制冷CCD探测器，积分时间仅需2秒即可获得清晰C-D信号，有效降低光漂白和光损伤。
3.活细胞培养与环境控制模块（选配）
可集成温控、CO₂和湿度控制单元，让细胞在测量全程保持正常生理状态；兼容多孔板（96/384孔）或铝镀膜玻片，与现有的细胞培养流程无缝衔接。OpenRam HR300多扩展行显微共聚焦拉曼光谱仪
参考文献：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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