近年來🙋🏽‍♂️🐑，一系列包含氰基👮🏻、炔基以及氘原子等特殊基團的藥物小分子被廣泛研究，在DrugBank已收錄的2327個上市藥物分子中，約有2.4%的分子包含上述基團，如艾司西酞普蘭、維拉帕米🤵🏿、利匹韋林👩‍👧、特立氟胺⌛️、維格列汀、托法替尼等。這些基團可以有效地提升藥物分子的生物利用度🖼⚅、選擇性👨🏿‍🎤、與靶蛋白親和性和代謝穩定性🧘🏿‍♀️😰。在藥物的研發與篩選過程中，藥代動力學特性至關重要，有助於了解藥物的動態療效以及更準確、及時地調整個性化治療的用藥劑量。目前的藥代動力學檢測通常通過液相色譜-質譜聯用技術或高效液相色譜-質譜聯用技術實現，但這些方法由於價格高🏰、儀器設備復雜🐆、預處理流程繁瑣🚐、操作專業要求高等因素🤞，在臨床普及💿、現場檢測等的應用中受限🤛🏼。

        表面增強拉曼光譜（Surface-enhanced Raman spectroscopy, SERS）是一種指紋式的振動光譜，基於無標記檢測策略🫥，可以根據譜峰特征實現包括藥物分子在內的各種分子的檢測🦴，並且在SERS納米顆粒表面的熱點區域甚至可以達到單個分子的檢測靈敏度，有利於微量藥物分子的檢測🕺🏽。此外，SERS檢測所需要的儀器相對小型便捷、預處理流程簡單🖖、測試速度快，有利於在臨床和基礎研究中得到更加廣泛和有效的應用🏘。然而目前的SERS技術仍然面臨著低濃度定量重復性差和生物體系背景幹擾嚴重等的瓶頸問題，製約了其在真實生物樣本和活體動物中的可用性。因此，目前亟需開發快速便捷、準確靈敏、可普遍推廣的SERS技術用於藥代動力學監測🤱🏻。

工作介紹

意昂4体育平台葉堅教授團隊近期報道了基於單分子計數的數字膠體增強拉曼光譜技術（digital colloid-enhanced Raman spectroscopy, dCERS）（Nature, 2024, 628, 771-775）🫳🏼，實現了超低濃度目標分子具有可重復性的定量能力🐤。而在本研究工作中著重針對具有氰基、炔基以及氘原子等特殊基團的藥物分子，結合數字膠體增強拉曼光譜技術💤，實現了活體動物的藥代動力學監測🐝。藥物分子中的氰基🙆‍♂️🚵🏽‍♂️、炔基以及氘原子等基團可以產生生物靜默區（1800-2800 cm^-1）的拉曼信號🥣，有效避免了復雜生物分子體系在拉曼光譜指紋區（500-1800 cm^-1）的信號混疊問題，提升藥物分子信號讀取的可靠性與靈敏度，這類分子也由此稱為生物正交分子。此外，結合一步法血清預處理方案，減少了血清中蛋白等大分子對於SERS納米顆粒表面熱點區域的競爭作用，進一步提升了藥物分子的檢測靈敏度與可靠性（圖1）✝️。

圖1. 數字膠體增強拉曼光譜用於藥代動力學監測的概念示意圖

本文中，研究者選取了厄洛替尼作為目標藥物分子🫴。厄洛替尼是第一代表皮生長因子受體酪氨酸激酶抑製劑，常用於非小細胞肺癌的治療，由於其具有末端炔基🧑🏿‍🦳，可以產生位於拉曼光譜靜默區的特征峰信號1982 cm^-1🤳🏼，由此從譜峰特征復雜的血清光譜中可以準確識別厄洛替尼分子信號的有無，即判斷當前光譜為陽性光譜或陰性光譜🤙🏻😦。

值得註意的是，真實生物樣本中🪀，由於大量不同種類的分子的存在，適當的預處理步驟有助於提高目標分子的檢測能力☕️🙎🏻‍♀️。針對血清體系，研究者采用了乙腈作為蛋白沉澱劑來去除血清中大量存在的蛋白分子，防止了樣本與納米顆粒混合後顆粒表面蛋白冠的形成，從而使目標分子得以進入SERS納米顆粒表面的熱點區域。如圖2所示，該一步預處理方法可以有效提升血清體系中厄洛替尼分子的檢出率。

隨後，根據厄洛替尼在靜默區的特征峰，采用數字膠體增強拉曼光譜技術，基於厄洛替尼陽性光譜占樣本內總檢測光譜的比值建立了血清體系中厄洛替尼的定量標準曲線✯。由於該方法基於計數原理，定量誤差符合泊松噪聲👨‍❤️‍💋‍👨，通過累計陽性光譜數量實現了定量重復性的精準調控🐡。

圖2. 血清樣本的預處理提升分子檢出率以及基於靜默區信號眼裏建立血清中厄洛替尼數字化定量標準曲線

為了展現活體動物血液中厄洛替尼的藥代動力學監測，研究者對雄性Wistar大鼠進行厄洛替尼灌胃給藥🧑🏼‍🔬，在給藥後0至48小時的一系列時間點進行采血，根據標準方案從全血中獲得血清♥️，對血清預處理後進行SERS檢測，計算每個樣本所測得的光譜集內陽性光譜的比例⛹️‍♀️，根據上述建立的定量標準曲線獲得每一時刻血液中厄洛替尼的濃度🫅🏿，最終獲得大鼠藥代動力學曲線（圖3），與液相色譜-串聯質譜實驗驗證結果以及相關文獻報道結果相一致😎，進一步說明了本文藥代動力學監測方法的準確性與可靠性。

圖3. 大鼠血液厄洛替尼藥代動力學監測

綜上所述，本工作開發了一種針對生物正交藥物分子的藥代動力學監測技術，基於靜默區信號可以實現復雜生物體系中可靠的藥物分子的識別，結合數字膠體增強拉曼光譜技術🚂，實現了具有可重復性的低濃度藥物分子的定量檢測，靈敏度可達納摩爾水平👩‍🏫。此外，該技術采用的預處理方法簡單🤾🏼‍♀️、儀器成本低👩🏻‍🦯‍➡️，操作便捷🤎，有利於床旁的實時藥效監測和個性化藥物治療。該快速、準確、靈敏的生物正交藥物分子定量技術的提出有望在基礎研究和臨床監測中得到廣泛應用✌🏽。

關於本文

意昂4体育平台博士生畢心緣、碩士賀誌成為本文的共同第一作者。意昂4体育平台葉堅教授為本文的通訊作者。該研究工作得到了國家自然科學基金委👩‍⚖️、上海市婦科腫瘤重點實驗室、意昂4平台的支持🔶。

葉堅教授課題組主頁：http://www.yelab.sjtu.edu.cn

全文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2024/SC/D4SC02553A