轉移干細胞：攜帶抗體的金納米顆粒與干細胞表面標志物結合細胞并增強通過表面增強拉曼光譜（SERS）檢測的光譜信號。

母雞的激光束照射在一個單一的細胞，在細胞內的化學品可以吸收，反射，或者散射光波。散射光可以根據分子類型 - 蛋白質，糖或核酸以及存在于其結構中的化學鍵，在各種波長處產生可用于鑒定特定分子的*標記。數十年來，研究人員利用這些稱為拉曼光譜的這些特征作為化學指紋來表征細胞。

與流式細胞術，微流體學和其他細胞分選方法不同，依賴于拉曼光譜儀的技術不需要標記，并且對于許多應用，它們可以比流式細胞儀更靈敏和特異。諸如表面增強拉曼光譜（SERS）的變體版本 - 其中化學物質被吸附在金屬表面上，促進發射的光譜信號 - 通過增強分子附近的電場，提高了基于拉曼的測定的靈敏度和特異性。使用與金屬（如金或銀）制成的納米粒子結合的抗體可以在單次測定中產生多達六個或七個SERS光譜，提供比熒光標記更高的辨別度。

隨著快速改進工具和分析方法，拉曼光譜在生命科學家中越來越受歡迎。格拉斯哥大學Strathclyde大學化學教授鄧肯•格雷厄姆說：“拉曼光譜儀器在過去五年中發展非常迅速，檢測器和光源的改進得到了極大的改善，從而降低了成本，同時保留了這些系統的性能。。他補充說，更快的相機可以在幾秒鐘內捕獲光譜，而不是幾秒鐘，更好的軟件和統計工具可以分析通過排序和分析細胞產生的大數據集。

在這里，科學家們參觀了采用拉曼光譜法檢測和研究細胞的四種策略。

測試干細胞治療
調查員： 徐春輝小兒副教授，蔡美美，埃默里大學生物醫學工程助理教授

項目：從多能人干細胞的制劑中去除殘留的致癌干細胞。

問題：人類多能干細胞（hPSCs）是一種有前途的干細胞干細胞治療方法，用于廣泛的疾病。然而，源自hPSC的細胞通常含有殘留的未分化細胞，然而這些污染性殘留物在移植到動物體內時可能形成腫瘤。流式細胞術和其他測定法只能檢測這些細胞，如果它們形成0.1％或更多的群體，但是通過未分化細胞的腫瘤形成的小鼠研究估計，在105個細胞（0.001％）中甚至1個的濃度具有形成畸胎瘤的潛力。MR錢表示，移植hPSC后的腫瘤形成是純度和安全性的“黃金標準”測試，但這個過程大概需要三個月的時間。它也是昂貴和非定量的，使其成為臨床測定的不良選擇。

解決方案：徐和同事們希望使用SERS來檢測殘留的干細胞，就像2011年循環腫瘤細胞一樣。該團隊用兩個干細胞表面標志物SSEA-5和TRA- 1-60，然后用聚乙二醇（PEG）覆蓋暴露的納米顆粒表面以減少非特異性結合。他們在與已知數量的成纖維細胞混合的hPSC樣品上測試納米顆粒，以證實SERS信號與存在的干細胞數目成比例。該測定可以在一百萬個成纖維細胞的背景中檢測到一個干細胞，比流式細胞術檢測靈敏度高2,000至15,000倍。該技術在hPSC衍生的心肌細胞的培養中同樣良好。“高靈敏度和特異性是該檢測方法與其他方法的關鍵優勢，”Xu說。

她補充說，該測定證明與2011年腫瘤細胞研究一樣敏感。優化不同細胞類型的技術需要找到每個納米顆粒正確的配體密度 - 在這種情況下，SSEA-5標記的每個顆粒有25個抗體。

掃描的特異性
調查： 伊沃恩·希，博士后研究員，并克里斯托夫克拉夫，調研組組長，光子技術研究所萊布尼茲德國

項目：通過采集提高單細胞分類的特異性平均拉曼光譜

PATCHY CELLS：使用從整個細胞（圖）獲取的平均拉曼光譜重建的細胞圖像（插圖）顯示大分子在細胞中不均勻分布。COURTESY IWAN SCHIE

問題：大多數研究依賴于單個單個拉曼光譜讀數。但是對于通常大于激光焦點的直徑的真核細胞來說，這并不總是準確的。來自細胞的單個讀數受諸如細胞是否積極復制DNA，如果其正在經歷凋亡或壞死以及脂滴或蛋白質的量的因素的影響。此外，“您可以根據您將激光對準細胞核或細胞質來獲得變化，”Krafft說。從每個細胞獲取多個光譜以鑒定平均大分子特征是理想的，但這是耗時且昂貴的，所以研究人員可能會更少的細胞進行補償。

解決方案： Schie和Krafft不是采取多個單獨讀數，而是發現沿著任意一條線或其他定義的形狀掃描一個激光束可以從樣品中產生一個連續的拉曼信號。大多數商業光譜儀通常被開發用于分析材料而不是細胞，因此該團隊設計了具有幾種不同光學透鏡，多模光纖，電動臺和其他柔性部件的拉曼顯微鏡，使得該儀器可用作顯微鏡，以及用于從一個線上的多個點獲取單點光譜和光譜。

該團隊使用該設置測定了兩種不同的胰腺癌細胞系和T細胞系，并將結果與拉曼成像進行了比較，其中來自多個點的單個光譜被組合以產生細胞的圖像，并且從單個點獲得的拉曼光譜細胞。綜合光譜在相同類型的細胞之間產生較小的變化，因此較少的細胞必須被采樣以訓練魯棒的分類模型。在培訓模型中僅使用20個細胞足以達到90％以上的準確度。所有這三種方法可以區分兩種癌細胞系和T細胞系。因為沿線讀取數據連續采樣細胞而不是采取離散測量，“相同類型的兩個細胞之間的變化不如從細胞中隨機位點獲取單個光譜那樣高，“克拉夫特說。這種方法可能是一種有效，高通量的方法來使用拉曼光譜儀來檢測循環腫瘤細胞，他補充說。