无标记蛋白结构敏感活细胞显微技术用于多发性骨髓瘤治疗的个性化评估

本研究针对多发性骨髓瘤(MM)治疗评估中传统方法需大量细胞、耗时且仅能提供群体水平信息的局限，开发了基于中红外光声显微技术(MiROM)的单细胞成像方法。通过特异性检测蛋白酶体抑制剂诱导的β-折叠构象变化，实现了对原代骨髓瘤细胞的实时、纵向治疗反应监测，为个性化医疗提供了新工具。该技术仅需少量细胞即可识别治疗敏感性与异质性，临床转化潜力显著。

多发性骨髓瘤(MM)作为血液系统第二大恶性肿瘤，其治疗反应评估长期依赖血清轻链检测、免疫固定电泳或骨髓活检流式分析。这些传统方法不仅需要数万至数百万细胞，耗时长达3-4周，更关键的是无法反映肿瘤细胞的异质性。而骨髓穿刺获取的样本量有限，原代细胞难以体外扩增，使得个性化治疗方案的优化举步维艰。

德国慕尼黑工业大学(Technical University of Munich)生物医学成像研究所的Francesca Gasparin团队在《Nature Biomedical Engineering》发表创新研究，开发了中红外光声显微镜(MiROM)技术。该技术突破性地将量子级联激光器(QCL)与超声检测结合，通过探测蛋白质酰胺I带(1,700-1,600 cm^-1)的特征吸收，实现了活细胞内蛋白质二级结构的无标记特异性成像。

研究团队采用三大关键技术：1) 优化D₂O培养基比例(70-100%)提升信噪比，在保持细胞活力>85%的同时将对比度提高3.4倍；2) 建立基于非负矩阵分解(NMF)的算法，从700个单细胞光谱中提取β-折叠特征峰(1,620/1,682 cm^-1)；3) 构建12例患者(含3例复发难治病例)的原代细胞队列，通过面积阈值法量化治疗响应率。

标记蛋白构象变化的动态监测

在MM1.S细胞系中，来那度胺(LEN)/硼替佐米(BTZ)联合处理96小时后，差分光谱显示1,620 cm^-1处出现典型β-折叠峰，NMF分析揭示该组分增加174%。而DNA损伤剂阿霉素(DOX)处理组未见此特征，证实MiROM对蛋白酶体抑制机制的特异性。

患者源性细胞的异质性解析

9例初治患者原代细胞显示53%平均响应率，单个样本中可见响应(32/50细胞)与非响应(18/50细胞)亚群共存。尤为关键的是，1例临床BTZ初治但LEN耐药患者(r/r #3)经MiROM检测显示37%细胞出现β-折叠，后续BTZ方案治疗确证完全缓解，预示该技术具有疗效预测价值。

这项研究首次将中红外光谱的分子特异性与光声成像的活体兼容性相结合，将蛋白质构象监测推进至单细胞水平。其临床意义在于：1) 仅需2小时分析即可替代传统数周评估；2) 最低50细胞/次的分析需求大幅降低样本门槛；3) 为阿尔茨海默病等蛋白质错误折叠疾病研究提供新范式。正如研究者指出，未来通过缩短激光脉宽(<5 ns)进一步提升灵敏度，该技术有望实现治疗早期的分子响应预警。