哈佛大學謝曉亮(X. Sunney Xie) 教授和密歇根大學的Daniel Orringer博士是這篇論文的共同通訊作者。謝曉亮教授是單分子生物物理化學和相干拉曼散射顯微成像的開拓者之一，其研究組在離體實驗及活細胞內生物系統在單分子水平的動力學研究方面取得了不少重要的成果，尤其是單分子熒光顯微技術，比如相干拉曼顯微成像技術(CARS、SRS)等方面成果斐然。近年來，他又在單細胞測序技術上取得突破，發表了不少重要成果。
腦腫瘤是一類常見的病因不明、來源廣泛的神經系統疾病。男性多于女性，任何年齡都可發生，最多見于20-40歲之間。由于腦組織結構和生理功能的特異性，顱內腫瘤多引起顯著而特異的臨床癥狀和體征，尤其是位于重要功能區的腦腫瘤常引起病人重要功能的受損或缺失。腦腫瘤的主要根治方法是手術切除腫瘤灶，其目的在于盡可能保留腦功能皮層的情況下最大限度地切除腫瘤。將腫瘤與正常腦組織區分開來是腦腫瘤手術取得最佳結果的一個主要障礙。當前迫切需要一些能夠在手術過程中顯像腫瘤邊緣地帶的新成像技術來改善手術療效。
SRS顯微鏡是一種無損傷、免標記的光學方法，其能夠檢測原子間化學鍵的變化，敏感度高于紅外顯微鏡和拉曼顯微鏡。謝曉亮教授曾表示，SRS顯微鏡是生物醫學成像的一個巨大進步，開啟了活細胞新陳代謝的實時監控研究。近年來，謝曉亮課題組一直在致力利用SRS顯微鏡來快速檢測癌癥組織，實現外科手術中的可視化。研究人員曾在動物模型中證實了SRS顯微鏡揭示神經膠質瘤浸潤的能力。
在這篇新文章中，研究人員利用SRS揭示出了22個神經外科患者新鮮、未處理手術樣本中的腦腫瘤浸潤情況。證實SRS檢測腫瘤浸潤與標準蘇木紅-伊紅染色、光學顯微鏡檢測近乎一致。SRS顯微鏡獨特的化學對比可揭示出腫瘤浸潤組織的組織細胞構成、軸突密度和蛋白質/脂質比的量化改變實現腫瘤檢測。
他們利用SRS生成了有關蛋白質和脂質的不同信號，并隨后各自分配給它們一種顏色(藍色和綠色)，使得作者們能夠將來自腫瘤的腦皮質與白質區分開來。采用SRS顯微鏡檢測來自成人及兒童膠質母細胞瘤患者的活組織樣本，不僅揭示出了顯著的特征，還在組織中發現了采用傳統染色看起來正常的浸潤細胞。早期捕捉這樣的浸潤細胞至關重要，因為手術后遺留的浸潤細胞幾乎總是會導致癌癥復發。
為了確保這種SRS顯微鏡方法可日常用于腦腫瘤手術中，且無需專家解讀。研究人員還構建出了一個目標分類器，其將不同的成像特征，如蛋白/脂質比、軸突密度和細胞構成整合為一個輸出信號按照從0至1這個尺度來衡量，提醒病理學家注意腫瘤浸潤。這一分類器是利用來自膠質母細胞瘤和癲癇患者的1400多張圖像建立起來的，能夠以>99%的準確度區分腫瘤浸潤區域和非腫瘤區域。
因此，這一免標記的成像技術可用于補充現有的神經手術工作流程，幫助快速客觀地確定腦組織的特征及制定臨床決策。
