Expanding the Multiplexing Capabilities of Raman Imaging to Reveal Highly Specific Molecular Expression and Enable Spatial Profiling

拉曼光谱 纳米技术 分子成像 材料科学 仿形(计算机编程) 纳米颗粒 多路复用 胶体金 生物分子 拉曼散射 计算机科学 体内 光学 生物 物理 电信 生物技术 操作系统
作者
Olga E. Eremina,Alexander Czaja,Augusta Fernando,Arjun Aron,Dmitry B. Eremin,Cristina Zavaleta
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:16 (7): 10341-10353 被引量:53
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c00353
摘要

Profiling the heterogeneous landscape of cell types and biomolecules is rapidly being adopted to address current imperative research questions. Precision medicine seeks advancements in molecular spatial profiling techniques with highly multiplexed imaging capabilities and subcellular resolution, which remains an extremely complex task. Surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) imaging offers promise through the utilization of nanoparticle-based contrast agents that exhibit narrow spectral features and molecular specificity. The current renaissance of gold nanoparticle technology makes Raman scattering intensities competitive with traditional fluorescence methods while offering the added benefit of unsurpassed multiplexing capabilities. Here, we present an expanded library of individually distinct SERS nanoparticles to arm researchers and clinicians. Our nanoparticles consist of a ∼60 nm gold core, a Raman reporter molecule, and a final inert silica coating. Using density functional theory, we have selected Raman reporters that meet the key criterion of high spectral uniqueness to facilitate unmixing of up to 26 components in a single imaging pixel in vitro and in vivo. We also demonstrated the utility of our SERS nanoparticles for targeting cultured cells and profiling cancerous human tissue sections for highly multiplexed optical imaging. This study showcases the far-reaching capabilities of SERS-based Raman imaging in molecular profiling to improve personalized medicine and overcome the major challenges of functional and structural diversity in proteomic imaging.
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