Integration of label-free surface enhanced Raman spectroscopy (SERS) of extracellular vesicles (EVs) with Raman tagged labels to enhance ovarian cancer diagnostics

拉曼光谱 表面增强拉曼光谱 细胞外小泡 纳米技术 卵巢癌 化学 癌症 生物物理学 材料科学 拉曼散射 生物 光学 细胞生物学 物理 遗传学
作者
Qiong He,Hanna J. Koster,Justin M. O’Sullivan,Shimpei Ono,Hannah J. O’Toole,Gary S. Leiserowitz,Marie C. Heffern,Randy P. Carney
出处
期刊:Biosensors and Bioelectronics [Elsevier BV]
卷期号:288: 117800-117800 被引量:3
标识
DOI:10.1016/j.bios.2025.117800
摘要

We report a proof-of-concept diagnostic strategy that integrates multiplexed Raman-tagged antibody labeling with label-free surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) and machine learning (ML) to improve the detection of ovarian cancer via extracellular vesicles (EVs). EVs were isolated from patient plasma using size-exclusion chromatography and labeled with polyyne-based Raman tags targeting three ovarian cancer biomarkers: CA-125, HE4, and CA-19-9. Labeled and unlabeled EVs were deposited onto SERS-active substrates, and spectra were collected using a custom confocal Raman microscope. Incorporating the tag-derived signal into SERS analysis enhanced interpretability and added molecular specificity. We evaluated classification performance using various ML models applied to spectral datasets from a cohort of ovarian cancer patients and healthy controls. Combined use of the Raman tag and label-free regions improved classification accuracy compared to either modality alone. Notably, support vector machine (SVM) achieved over 95 % accuracy, sensitivity, and specificity. Compared to ELISA, our SERS platform demonstrated improved sensitivity in detecting EV-associated biomarkers from small sample volumes. This approach addresses a key limitation of SERS-based diagnostics by linking spectral features to known biomarkers, offering improved transparency and performance in ML-enabled liquid biopsy.
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