量子精密測量首次應用于腫瘤組織微觀磁成像

中國科學技術(shù)大學杜江峰原始團隊與本校生命科學與醫(yī)學部魏海明教授等合作，在金剛石氮-空位色心量子精密測量技術(shù)的生物醫(yī)學應用方面取得重要進展，首次建立了腫瘤組織免疫磁顯微成像技術(shù)，實現(xiàn)了組織水平微米分辨率的磁成像，其具有高穩(wěn)定性、低背景和腫瘤標志物絕對定量的優(yōu)勢，同時實現(xiàn)了磁和光的多模態(tài)成像。相關(guān)研究成果1月26日發(fā)表在《美國國家科學院院刊》上。

對癌癥分子機理的研究和臨床早期精確診斷是有效治療的基礎。而對腫瘤在組織水平的成像是癌癥研究和臨床診斷的關(guān)鍵一環(huán)，尤其是在癌癥的診斷中，雖然有各種醫(yī)學影像方法，但病理組織檢測仍然是癌癥確診的“金標準”。因此，對組織病理學方法的發(fā)展具有重要生物學和臨床意義。現(xiàn)行主流的病理組織成像方法以光學成像為主，它們?nèi)菀资艿焦鈱W背景強、信號不穩(wěn)定、定量不準確和不同光學方法不能共用等問題的影響，進而影響組織病理檢測的精準性。

研究團隊首先發(fā)展了組織水平的免疫磁標記方法，通過抗原-抗體的特異性識別，將20 nm直徑超順磁顆粒特異標記在腫瘤組織中的PD-L1等靶蛋白分子上，接著將組織樣品緊密貼附在金剛石表面，然后利用金剛石中分布在近表面約百納米的一層NV色心作為二維量子磁傳感器，在400nm分辨率的磁顯微鏡上進行磁場成像，在毫米級的視野范圍里達到微米級空間分辨率，最后通過深度學習模型重構(gòu)磁場對應的磁矩分布，為定量分析提供基礎。

由于磁和光是兩個不同的物理量，該研究中的磁成像可以與傳統(tǒng)光學成像聯(lián)用，實現(xiàn)對同一組織切片的形態(tài)特征和腫瘤標志物的檢測，這對分析腫瘤的微環(huán)境和異質(zhì)性具有重要意義。除了腫瘤組織，該研究的微觀磁成像技術(shù)也可以用于其它生物組織，開展免疫與炎癥、神經(jīng)退行性疾病、心血管疾病、生物磁感應、磁共振造影劑、磁靶向遞送等領(lǐng)域的組織水平研究和臨床診斷，尤其對于含有光學背景、光透過差和需要量化分析的生物組織具有獨特優(yōu)勢。

杜江峰院士團隊將基于金剛石NV色心的量子精密測量技術(shù)交叉應用于生物醫(yī)學領(lǐng)域的又一次成功嘗試，對癌癥的研究和臨床診斷都有重要意義。 (中國科技網(wǎng))