荧光识别疼痛

你听说过癌痛吗？

癌痛是人类已知最极端的疼痛之一，对于身体健康的幸运儿来说，可能一生也不会接触到这个名词。

Mikhail Berezin，华盛顿大学光学光谱公共技术中心的负责主任、医学院放射学副教授和放射学系化学副教授，对疼痛并无过多关注的他，在家人接受化疗后不得不面对这个问题。

缓解疼痛，第一步是要找到疼痛的来源。

疼痛的部位和疼痛的来源是两个概念，朴素的观念认为头痛医头，脚痛医脚，而在真实的疾病面前，脚痛，可能是由其他部位引起的。例如，在化疗诱导的周围神经病变中，患者常有手脚刺痛和麻木感，而真正的炎症可能发生在其它地方。

尽管找到疼痛源后进行对症治疗在逻辑上是非常容易理解的事情，但临床中无论采取无创还是有创的方式，都很难准确定位患者的疼痛源，因此医生不得不使用成瘾性极强的阿片类药物进行全身镇痛，以提高患者的生存体验。

Berezin教授做了每一个普通人会做的事——利用自己一切的能力减轻家人的痛苦。

第一步，他要找到疼痛源头。

什么信号无辐射风险，可以实时、便捷的被仪器检测到呢？

荧光。

原子吸收光能，原子核周围的电子由激态S0跃迁至能量更高的轨道（第一激发单线态S1或第二激发单线态S2等），经过震动弛豫，热转换等回到不稳定的第一激发单线态，继而恢复基态，能量以光的形式释放，即为荧光。

简单说，荧光是由光引发的发光现象。由光激发物质产生另一波长的荧光可以被仪器检测到，就像荧光探针本人的定位器和身份证。荧光的魅力不止如此，某些荧光探针的荧光强度与探针的量成线性关系，利用这个特点，我们可以通过检测荧光强度实现对探针的定量。

化疗引起的神经损害是疼痛产生的重要原因。受损的神经会使炎症相关的细胞活化，这些细胞会释放大量炎症相关因子引起组织肿胀，肿胀的组织压迫到敏感的神经末梢，就造成了疼痛。

疼痛的产生图示

那么，找到炎症标志物，就等于找到了受损的神经，等于找到了疼痛源。

人类的肉眼无法识别炎症标志物，光学科学家Berezin想到了他的办法：只需要设计一种荧光探针。荧光探针可以特异性的在体内结合炎症相关的标志物，然后借助光信号就定位炎症（疼痛源）的具体位置了。

特异性识别炎症标志物的荧光探针不仅能定位炎症的位置，还能被更多的炎症标志物吸引并结合，发出更亮的光（一些荧光探针的荧光强度与探针的量成线性关系）。因而设计出合理的荧光探针，就可以通过检测该探针的荧光强度实现对炎症，也就是疼痛的定量分析了。

假如一个病人摄入了这种荧光探针，当他想表达“我很痛”的时候，也可以说“我的疼痛很亮。”

Berezin第一个选择的荧光标志物是活性氧。

炎症相关的细胞被受损神经活化后会产生活性氧，“我们可以开发活性氧的检测探针来实现炎症的检测”，Berezin说。这些自身无荧光信号的探针在与活性氧，也就是炎症部位接触时可以被光源激发产生明亮的荧光，这样就可以定位受损神经。

为了找到“疼痛感”与荧光之间的可量化的关系，有两个数据是必须的，其一是定量“疼痛感”，其二是检测荧光。

疼痛感的定量率先出现了问题。Berezin团队用神经系统与人类极其接近的小鼠模型进行动物实验，由于小鼠不会说话，无法从行为学上判读它们的疼痛反应。

Berezin很快找到了更加适合定量的方法——通过测量小鼠的神经传导速度来判读神经损害程度。测试的时间以刺激开始的时间为起点，以检测器检出动作电位的电信号为终点，通过时间的长短来识别神经损伤程度，这样就可以对小鼠的“疼痛感”定量。

荧光的定量则是一帆风顺。 Berezin使用的HORIBA Fluorolog 模块化荧光光谱仪可以同时进行荧光测量、荧光寿命和成像。再结合小鼠神经传导速度实验，就可以成功寻找到“疼痛感”与荧光之间的关系。

活性氧并不是唯一的神经炎症标志物，TNF-α、促炎细胞因子等化学物质同样可以反应炎症程度。“每个器官都有特定的标志物，” Berezin说，“比如手指、肝脏、神经炎症对应着不同的标志物，这些标志物存在重叠，我们正在分析小鼠和神经的血液，企图寻找这些标志物。”由此可见，这项研究将对治疗化疗引发的周围神经病变有重要突破作用。

尽管Berezin的研究目前只是动物层面的突破，但光谱技术拥有巨大的临床想象空间。如上述研究可见，利用荧光探针和验证标记物结合时发出荧光的特性，可以准确找到引发病人疼痛的炎症部位进行对症治疗，而不是全身性的盲目给药。另外，癌痛作为肿瘤中的伴随着症状，并非一成不变，而是呈不断发展变化的病理状态，荧光光谱可以及时、快速的做出反应，帮助临床诊断，最大限度减轻癌症患者的疼痛，为每一个生命带去尊严，也为终末期患者及其家人提供良好交流和互动的机会。

随着科学界的开疆拓土，更多的疾病标志物被挖掘出来，疼痛也不是唯一的光谱可以诊断的疾病。荧光这一无辐射/低辐射风险的新兴技术，或将成为CT（电子计算机断层扫描）技术的强有力补充，对未来的临床诊断，疾病早筛有重要的指导意义。

人生在世，似乎病痛难免，对于恶疾，如果能减缓、治愈甚至终结，那将是对人类最大的贡献。HORIBA将怀此志向，砥砺前行，为全球科学家持续提供可靠的研究工具，帮助人类攻克病患。我们相信，这个目标会越来越近。