Loxoprofen Sodium Hydrate

标题：Emerging applications of stimulated Raman scattering microscopy for medicinal chemistry and drug discoveryDOI：10.1039/d5cs00748h.日期：2025.10.27（如需获取PDF文件、进交流群，见文末） 这篇文章是一篇综述文章，系统总结了受激拉曼散射显微镜（SRS microscopy）在药物化学和药物发现中的新兴应用。🧪 文章核心内容概括：1. 背景与动机 药物研发失败率高（尤其是肿瘤药物，失败率>95%），部分原因是缺乏可靠的早期预临床评估工具。 需要无标记、高分辨率、能实时成像药物在细胞内行为的技术，SRS显微镜正是满足这些需求的新兴工具。2. SRS显微镜技术简介 SRS 是一种基于拉曼散射的非线性光学成像技术，无需荧光标记即可获取分子的化学信息。 优点： 无标记、非侵入性 高空间分辨率（可达130 nm） 可实时成像活体细胞和组织 可与荧光、质谱等其他成像方式联用3. SRS在药物发现中的应用 文章详细介绍了SRS在以下几个方面的应用：🔬（1）药物在细胞内的成像与定位 无标记成像：如酪氨酸激酶抑制剂（TKIs）在癌细胞中的分布。 标记成像：通过在药物中引入炔基、氘代基团等“生物正交”拉曼标签，实现高灵敏度追踪。 药物-细胞器相互作用：如药物在溶酶体、内质网等细胞器中的富集情况。🧬（2）药物代谢与细胞响应 利用“同位素标记（如D₂O、氘代脂肪酸、氘代氨基酸）”追踪药物对细胞代谢的影响。 研究癌细胞中脂质代谢异常（如胆固醇酯积累）、蛋白质合成变化等。 评估药物对细胞生长、凋亡、脂质合成等代谢通路的影响。🧫（3）抗菌药物敏感性快速检测（AST） 使用SRS结合D₂O或氘代葡萄糖，在单细菌水平上快速判断其对抗生素的敏感性（30分钟~2小时），远快于传统方法（24~48小时）。 可用于血液、尿液等临床样本中的细菌药敏检测。🧴（4）皮肤给药与透皮吸收研究 无标记成像药物在皮肤、指甲等组织中的渗透路径与浓度分布。 研究药物与辅料（如DMSO、丙二醇）在皮肤中的扩散行为。 可用于评估不同制剂（凝胶、溶液、纳米载体）对药物渗透性的影响。💊（5）药物制剂分析 成像药物片剂中API与辅料的分布。 监测药物晶型变化、盐型转化（如盐析）、片剂老化等过程。 评估控释植入剂中药物释放行为。4. 技术发展趋势 高光谱SRS（Hyperspectral SRS）：获取每个像素点的完整拉曼光谱，实现多组分同时成像。 机器学习与化学计量学：用于数据分析、图像分割、特征提取。 超分辨SRS：突破光学衍射极限，实现纳米级成像。 多模态融合：与荧光、质谱、光声等技术联用，提升信息维度。✅ 总结一句话： 这篇综述系统阐述了SRS显微镜如何作为一种无标记、高灵敏度、可实时成像的技术，在药物发现的多个关键环节（药物分布、代谢、毒性、抗菌敏感性、皮肤渗透、制剂分析）中发挥重要作用，并展望其未来在精准医学和药物开发中的广阔前景。 受激拉曼散射显微镜 受激拉曼散射显微镜概述 这一部分对SRS显微镜的基本原理、信号产生与检测方式、以及相对于自发拉曼散射的优势进行了系统概述。要点如下： 基本原理 SRS属于相干拉曼散射，采用两束激光（泵浦光ω_p与斯托克斯光ω_S）同时照射样品。 当两束光的频率差Δω = ω_p – ω_S恰好等于分子某一振动跃迁频率Ω时，发生受激激发，分子从基态跃迁至激发态。 过程伴随“受激拉曼损失”（SRL，泵浦光强度下降）和“受激拉曼增益”（SRG，斯托克斯光强度增加）。 信号检测 SRL/SRG信号表现为激光束强度的微小变化（ΔI/I ≈10⁻³–10⁻⁷），需用高频调制-锁相放大方案提取：对斯托克斯光进行MHz级调制，再用锁相放大器解调，有效抑制激光噪声。 非线性光学特性 SRS为二阶非线性过程，信号强度与泵浦、斯托克斯光强度乘积成正比；紧聚焦下可获得更高空间分辨率。 与共聚焦/自发拉曼的比较优势 成像速度显著提升，可实现视频率（25 fps，512×512像素）。 无荧光背景干扰，可与荧光、二次谐波、光声等多模态兼容。 近红外激发下组织穿透深度达100–500 µm，适合活体、厚组织成像。 光谱区域与化学对比 指纹区（0–1800 cm⁻¹）可检测蛋白、脂质、核酸等。 “生物正交窗口”（1800–2800 cm⁻¹）用于含炔、腈、C–D等外源标签的无背景成像。 C–H区（2800–3100 cm⁻¹）提供脂质、蛋白等丰富的内源对比。 空间分辨率与深度 近红外激发下横向分辨率≈400 nm，轴向1–2 µm；可见光激发可提升至130 nm。 组织透明化技术进一步将成像深度提高到>1 mm。 生物相容性 已实现对活细胞、线虫、斑马鱼及小鼠脑、皮肤等活体样品的长时间、低光毒性成像。 综上，该节奠定了SRS作为快速、无标记、化学特异性显微技术的理论基础，并指出其在生物医学成像中的独特优势。 SRS显微镜在生物成像应用中的进展 这一部分围绕“技术升级”展开，重点介绍了2008年首次生物成像报道以来，SRS显微技术在成像速度、光谱 multiplexing、空间分辨率、活体深度成像、算法辅助及超分辨等方向的关键进展，并辅以典型应用示例。要点如下： 成像速度 视频级采集：100 ns/像素，512×512像素、25 fps，已实现活体小鼠皮肤、人臂皮肤的实时药物渗透观测。 光谱窗口与多色成像 指纹区（0–1800 cm⁻¹）、C–H区（2800–3100 cm⁻¹）提供内源对比；1800–2800 cm⁻¹“生物正交窗口”可插入炔、腈、C–D、B–H等窄带标签，实现>20色同步成像。 炔标签拉曼截面高、峰宽窄，可通过芳基封端或同位素编辑（¹²C/¹³C、¹H/²H）精细调色，构建多色“调色板”。 空间分辨率提升 可见光激发（449.5 nm泵浦）将横向分辨率推至≈130 nm；结合光开关“RESORT”策略或Adam-pointillism反卷积（A-PoD），实现≤60 nm超分辨SRS成像。 成像深度与组织透明化 近红外激发在散射组织中深度≈100 µm，低散射组织可达300–500 µm；配合组织透明化（Clearing）技术，深度扩展至>1 mm，适用于术后组织快速病理评估。 无荧光干扰与多模态兼容 SRS信号在泵浦/斯托克斯波长采集，避开荧光背景，可与单/双光子荧光、二次谐波、光声、光热等模态同时成像。 高光谱SRS与算法解析 波长扫描或“光谱聚焦”fs激光获得10–2 cm⁻¹光谱分辨率；结合MCR、spectral phasor、U-Net深度学习，实现单细胞、脂质滴、组织区域的无监督分割与浓度定量。 活体与整器官成像 已报道对线虫（C. elegans）、斑马鱼、小鼠脑、皮肤、肿瘤及人体皮肤进行长时间、低光毒性的三维高光谱成像。 综上，该节系统展示了SRS从“快速、无标记”到“多色、超分辨、立体、智能解析”的进阶路线，为后续药物摄取、代谢、皮肤递送等应用奠定技术基础。 高光谱SRS成像 这一部分集中说明如何通过“全光谱”采集与化学计量学/机器学习算法，把传统单波段SRS升级为“高内涵”成像平台，实现对复杂生物样本中多组分的同时识别、定量与分割。要点如下： 动机与定义 单波段SRS常因C–H区峰重叠而无法区分脂质、蛋白、药物等；高光谱SRS在每个像素记录完整拉曼段（x,y,ω），获得“三维数据立方体”，可用后续算法“解混”。 采集策略 picosecond激光逐帧调谐泵浦波长：光谱分辨率~10 cm⁻¹，但存在激光功率/波长漂移导致谱线畸变。 femtosecond“光谱聚焦”：用啁啾脉冲+延时扫描，在保持高重复性的同时实现5 cm⁻¹甚至2 cm⁻¹分辨率，并避免帧间调谐。 双色/多窗同步：双窄带斯托克斯束一次成像获取CH₂/CH₃、C–D/off-resonance等对，消除运动伪影，提高信噪比。 数据解析方法 MCR（多元曲线分辨）、NNLS、spectral phasor（傅里叶投影到2D相位图，按距离聚类）、U-Net/CNN深度学习，用于无监督或有监督地分割细胞器、脂质滴、组织区域，并提取纯光谱与相对浓度。 活体与高速应用 光谱聚焦fs-SRS可在<1 s内完成50帧高光谱堆栈，实现对活酵母、哺乳动物细胞脂质代谢动态或药-细胞互作的实时追踪。 定量进展 通过外部浓度标准曲线，把灰度SRS强度换算为绝对浓度（mg mL⁻¹或mM），生成空间分辨“浓度图”；需注意匹配样品厚度、激光聚焦与光学性质。 综上，该节强调“高光谱采集+算法解混”让SRS同时具备高空间分辨率与化学特异性，为后续药物定位、代谢重编程、毒性评价等提供高内涵数据基础。 定量SRS成像在药物发现中的应用 重点讨论如何把SRS从“看见”提升到“测准”，即实现药物及相关组分的绝对或相对定量，为药效、毒理、制剂研究提供可重复、可比较的数值化数据。要点如下： 定量需求与难点 药物研发需要知道“药物在何处、有多少”；SRS信号受聚焦散射、非拉曼背景、样品形貌差异等影响，简单灰度值不能直接等同于浓度。 五类定量层级 (i) 形态学：计数或测量面积/体积。 (ii) 半定量：同一实验内信号强度比较。 (iii) 绝对浓度：用外标校准曲线把灰度→浓度，生成空间分辨浓度图；要求标准品与样品厚度、密度、激光功率/聚焦一致。 (iv) 比例定量：两特征峰强度比（如CH₂/CH₃、药物/蛋白）反映组分相对变化。 (v) 动态比率：利用峰位随环境移动的峰，做比率传感（pH、极性等）。 校准与标准化实践 制备已知浓度梯度的药物-基质标准片或溶液，同步成像；用平均灰度值拟合线性或幂律曲线，再反算未知样品。 建议固定激光功率、扫描参数、使用相同光学条件；对厚度差异进行数值修正或采用同时采集的“内参”波段。 药物研究示例 酪氨酸激酶抑制剂：在单细胞内测得溶酶体富集>1000×外液浓度；并用比例成像追踪药物-蛋白相互作用。 抗真菌两性霉素B：通过1556 cm⁻¹峰强度与标准曲线，定量其在膜区的局部浓度，并验证取向模型。 误差控制与报告规范 需给出检测限（mM级常见）、线性范围、重复性（CV<10%）、以及校准条件；推动建立实验室间统一标准，提高数据重现性。 综上，该节强调“校准曲线+标准化实验+比例/绝对浓度输出”是SRS走向药物发现定量研究的必由之路，并提供了可直接操作的实验框架与注意事项。 SRS显微镜在药物摄取、定位和滞留成像中的应用 这一部分系统展示了SRS（含无标记、内源标签与外源标签三种策略）在“看药”环节的具体应用：实时追踪小分子药物进入细胞/组织后的摄取、亚细胞分布与滞留，为阐明作用位点、耐药机制、药物相互作用提供直观证据。要点如下： 无标记（label-free）成像 酪氨酸激酶抑制剂（TKIs） – 伊马替尼、尼洛替尼：利用1305 cm⁻¹苯环-CC峰，在BaF3/BCR-ABL细胞中观察到溶酶体富集>1000×；联用氯喹可减少溶酶体捕获，首次实现无标记定量药物-药物相互作用。 – 拉帕替尼、阿法替尼：用1368–1390 cm⁻¹峰结合光谱解混，发现有机阳离子转运体(OCT)抑制显著降低胞内药量。 – 泊那替尼：在耐药株KCL22-Pon-Res中溶酶体浓度比野生株高1.9×，氯喹共处理分别降低2.7×/3.8×，揭示溶酶体截留促耐药。 其他类别 – 两性霉素B：用1556 cm⁻¹多烯C=C峰，在真菌细胞膜周定位；偏振-SRS证实其分子长轴与膜磷脂平行，符合传统结合模型。 利用药物自身“内源”标签 含炔FDA药物：泊那替尼、7RH、炔雌醇(EE2)等直接检测炔峰(2217–2221 cm⁻¹)或EE2的端炔(2093 cm⁻¹)；EE2因信号弱，用CTAB-金纳米棒表面增强SRS提高10×灵敏度。 BNCT药物：BSH-胆固醇偶联物利用B–H 2505 cm⁻¹峰，在HeLa膜区富集435×，首次实现含硼药物无标记成像。 外源化学插入标签（bioorthogonal tagging） C–D标记：丙泊酚-d₁₇(2055 cm⁻¹)用于海马神经元，显示膜区富集1.3×；需高剂量(mM)弥补C–D截面小。 单/双炔标签：BADY-ANS(双芳丁二炔-安丝菌素，2219 cm⁻¹)10 μM即可成像，胞质富集50×；与EdU(2120 cm⁻¹)双色成像同时显示药物-核苷分布。 多炜/肽钉：ferrostatin、antimycin、MGB、JQ1、钉合p53肽等通过双炔(2250–2262 cm⁻¹)或MPDY(2223 cm⁻¹)标签，实现核、ER、溶酶体等多区室动态观测；时间序列(1 min间隔)显示光稳定性优于荧光。 定量与动力学 建立灰度-浓度校准曲线，输出“局部浓度图”； perfusion室实时记录显示7RH在MCF-7细胞中5 μM快速摄取、1 μM缓慢平台。 比例成像（药物峰/蛋白峰）可校正焦面差异，用于高通量比较不同处理组。 信息学辅助 光谱解混、phasor分析、深度学习用于自动分离药物峰与内源背景，提高定位精度与通量。 综上，该节通过“无标记-内源标签-外源标签”三级策略，展示了SRS在单细胞水平定量追踪多种药物摄取、亚细胞分布与滞留的独特能力，为解析靶点 engagement、耐药机制及联合用药提供直接可视化证据。 可视化药物-细胞相互作用及代谢结果 这一部分聚焦在“药效可视化”层面：利用高光谱SRS（含同位素/标签饲喂）实时捕捉药物处理后癌细胞、真菌、细菌等单细胞内的代谢扰动与表型结局，从而把“药物定位”升级为“机制+效应”的同时成像。要点如下： 脂质代谢（癌症为主） 胆固醇酯(CE) – 前列腺/胰腺/白血病/肾癌细胞：PTEN缺失→PI3K/AKT/mTOR上调→CE累积；SRS 702 cm⁻¹(胆固醇环)与2845 cm⁻¹(CH₂)定量，PI3K、AKT、mTOR抑制剂或ACAT-1抑制剂avasimibe显著降CE，抑制转移。 – 白蛋白纳米制剂avasimin：SRS证实静脉给药后CE同样被清除，解决疏水药递送难题。 脂滴去饱和/蓄积 – 卵巢癌干细胞：3002/2900 cm⁻¹比值升高→不饱和脂滴增多；与球体耐药表型相关。 – 药物诱导肝毒性模型：spectral phasor区分“单纯脂肪变性(DIS)”与“磷脂质病(DIPL)”，用于早期毒性筛选。 – 电子预共振SRS：325 nm附近增强，区分视黄醇(1580 cm⁻¹)与甘油三酯(1655 cm⁻¹)滴，发现耐药株视黄醇滴增多，提示脂质储存促耐药。 脂肪酸代谢追踪 用氘代棕榈酸/油酸-d₃₄、葡萄糖-d₇或D₂O：SRS 2125–2178 cm⁻¹(C-D)可视化摄取与β-氧化；顺铂耐药卵巢癌细胞显示“糖酵解↓、外源脂肪酸↑”；SCD1抑制剂CAY10566降低不饱和脂(3022 cm⁻¹)并增敏BRAF抑制剂。 蛋白代谢与生长速率 20种氘代氨基酸或D₂O：新合成蛋白在2133 cm⁻¹出现C-D峰；用d-LIV(亮+异亮+缬-d)或¹³C-苯丙氨酸(968 cm⁻¹)比率成像，实时量化2D/3D模型中蛋白合成速率；TKI、微管抑制剂等降低C-D/C-H比值，与凋亡/生长抑制同步。 抗菌/抗真菌代谢速敏测试(AST) 葡萄糖-d₇或D₂O饲喂：耐药菌/真菌持续将氘掺入新生脂质/蛋白(C-D峰)，而敏感株被抗生素抑制→C-D信号↓；0.5–2.5 h内读出单细胞MIC，比传统24–48 h缩短5–10倍。 临床样本(尿、血)与14种抗生素、多种细菌(E. coli、K. pneumoniae、S. aureus)及真菌(C. albicans)均获94–96%一致性；CNN自动分割细菌，提高通量。 生物被膜与抗药性 D₂O-SRS显示P. aeruginosa被膜代谢异质性；Van-PEPEA(炔标记万古霉素)2218 cm⁻¹实时示踪，仅渗透被膜外层15 µm，深层菌存活→解释治疗失败。 表型结局成像 TKI处理mantle cell淋巴瘤：2845 cm⁻¹脂质滴减少→与凋亡相关。 TPA诱导小鼠表皮增生：2956 cm⁻¹ DNA峰显示有丝分裂象增多，量化细胞周期变化。 技术组合 spectral phasor、MCR、CNN与比率成像并用，实现“代谢-形态-药效”一站式量化；同一样本可并行荧光、二次谐波、光热等多模态。 综上，该节通过“药物定位+代谢标记+机器学习”三位一体策略，把SRS扩展为单细胞水平的“药-代谢-表型”同步分析平台，为抗癌、抗感染及毒性机制研究提供可视化定量工具。 可视化药物向皮肤的递送 汇总了SRS（含高光谱、共振增强、快速调谐及深度学习等进阶模式）在经皮/经甲给药研究中的代表性工作，核心信息是：无需荧光标记即可在完整、活体或离体皮肤中同时追踪API与辅料，获得渗透深度、浓度-时间曲线及机制洞察，从而弥补传统胶带剥离法“低分辨、无空间、不可活体”之不足。要点如下： 早期里程碑 首次小鼠脑/耳活体成像：2845 cm⁻¹脂质揭示4–105 µm深度分层；670 cm⁻¹DMSO走“蛋白通道”，1570 cm⁻¹维A酸走“脂质通道”，证明API亲/疏水路径差异。 视频率与活体人体成像 锁相放大+背向散射采集实现100 ns像素⁻¹，25 fps实时记录维A(1596 cm⁻¹)沿毛囊进入皮脂腺；人臂涂DMSO-d₆后2120 cm⁻¹信号围绕毛干富集，首次活体人皮肤药物可视化。 API-辅料同步定量 酮洛芬(1599 cm⁻¹)与氘代丙二醇(2120 cm⁻¹)小鼠耳离体实验：SRS逐层积分得浓度-深度曲线，辅料渗透快于API；丙二醇蒸发导致布洛芬-d晶体析出，揭示辅料对热力学稳定性影响。 猪皮肤因角质层更厚，渗透速率低于小鼠，显示种属差异。 抗真菌/去屑剂实例 特比萘芬(2230 cm⁻¹)主要沿脂质通道分布；克巴唑CBZ(1580 cm⁻¹)与吡啶硫酮锌ZnPT(1540 cm⁻¹)相比，CBZ进入50–60 µm而ZnPT仅10–20 µm且表面结晶，解释临床疗效差异。 人甲与微针 微针滚+纳米粒递送甲样：OMC(1600 cm⁻¹)3 h仍与 Nile Red-粒子共定位，7 d后扩散至32 µm深处，SRS-TPF双模态量化指甲内释放动力学。 3D表型与药效 TPA诱导小鼠表皮增生：2956 cm⁻¹ DNA峰显示有丝分裂象增多，实现无标记细胞周期分析。 鲁索替尼(2250 cm⁻¹)CNN辅助分割亲脂/亲水区，活体Z-堆栈给出0–60 min浓度-时间曲线；低pH凝胶破坏角质层，渗透速率显著加快，显示处方-屏障相互作用。 信号增强与速度提升 相位调制PM-SRS去除组织背景，40×信噪比提升，用于利多卡因(1092 cm⁻¹)、洛索洛芬(1184 cm⁻¹)深度剖析。 稀疏采样S4RS多窗快速切换，20波段/s生成光谱，用于Taz/PEG200复合制剂，表明Taz滞留角质层而PEG迅速进入皮脂腺。 微流控-拉曼联用 3D打印微流控涂抹器与SRS耦合，实现API瞬时给药并秒级开始记录，输出早期0–30 min药动学曲线，为处方筛选提供高通量平台。 综上，该节展示SRS可在“活体-离体-人-动物-甲”多尺度、多组分（API+辅料）条件下，提供高分辨、定量、实时的药物渗透与屏障相互作用数据，为经皮/经甲制剂的处方优化、功效评价与监管申报提供新的可视化工具。 使用拉曼和SRS显微镜进行药物制剂分析 系统梳理了自发拉曼与SRS在固体制剂（片剂、植入剂）微观分析中的代表性应用：从早期“成分分布+含量测定”到SRS实现的高速、高分辨、三维、动态研究，核心信息是：无需切片或染色即可原位可视化API、辅料、盐型/晶型、老化/降解过程，并为制剂优化、质量控制和稳定性研究提供定量数据。要点如下： 自发拉曼回顾 已广泛用于片剂成分分布、API含量均匀性、盐型 disproportionation 动力学研究，但空间分辨率受衍射极限、采集速度慢，且易受荧光干扰。 SRS片剂成分成像（首个工作） 氨氯地平苯磺酸盐(AB) 1650 cm⁻¹、磷酸氢钙(DCPA) 985 cm⁻¹、微晶纤维素/SSG/硬脂酸镁(MgSt) 2930/2850 cm⁻¹同步映射；SRS比自发拉曼快>10×，空间分辨率<1 µm，且避免荧光，成功对比Pfizer、Apotex等5厂家片剂的粒径与分布差异。 植入剂药物释放实时观察 抗病毒药 entecavir 1582 cm⁻¹与PDLLA聚合物 1770 cm⁻¹双通道SRS，原位流动池40 °C水解：实时量化API颗粒体积变化， dissolution曲线与UV-vis一致，为控释制剂提供微观释放动力学。 盐型 disproportionation 机制 吡格列酮HCl(1640 cm⁻¹)↔游离碱(1610 cm⁻¹)与氘代MgSt同步成像：高温高湿90 h内转化率>20%，且与水分分布(3400 cm⁻¹)高度重合，证明“水介导质子转移”而非固-固接触反应，指导防潮包装与辅料选择。 多晶型分布 氯吡格雷A-F1(3098 cm⁻¹)/A-F2(3109 cm⁻¹)与辅料决策树算法联用，大晶体A-F1嵌于A-F2颗粒间；同样策略用于amibegron两种晶型，验证SRS定量晶型含量的准确性。 片剂老化与化学稳定性 S4RS 20波段快速扫描+NNLS解混追踪萘普片：高湿区API与HPMC表面富集，70 °C区MgSt信号消失且乳糖边缘降解→推断MgSt参与酸碱反应消耗，揭示贮存条件-组分耦合降解路径。 技术优势总结 无需切片/喷金，保持原剂型；<1 µm分辨率、秒级单帧、三维堆栈；可与CARS、FLIM、OCT、深度学习结合，实现“成分-晶型-微观结构-动力学”一体化表征。 综上，该节展示SRS在固体制剂中已从“概念验证”走向“工业适用”，为处方开发、仿制药一致性评价、稳定性研究提供了高分辨、高通量、定量的可视化新工具。 需要文献或者加入细胞知识交流群请加如下(加请备注：专业+文献/细胞知识交流)：