癌症治疗包括手术切除肿瘤，然后进行放射治疗以阻止恶性肿瘤的进一步生长。生长的癌细胞与周围健康组织重叠。在手术过程中，两个区域的明确划分至关重要。癌症部分的检测和准确成像是医生面临的主要挑战。基于纳米技术的工具可以帮助医生在未来克服这一挑战。
一种新兴的治疗方法是寻求基于纳米技术的“治疗诊断”工具的解决方案 – 综合诊断和治疗。这种系统可以检测，标定和治疗癌症部位本身的恶性肿瘤。
来自和的跨学科研究人员团队开发了一种这样的纳米管，可以显示肿瘤的精确成像和治疗。对患病动物的初步结果表明该探针在手术期间可用作原位引导工具。
本研究中使用的低强度激光不仅可以指导消融，还可以产生足够的加热纳米粒子，以减轻生长，减少有害影响。
在这项研究中，该团队开发了一种成像系统，通过两种成像方法 – 荧光扫描和表面增强拉曼散射(SERS)的协同组合来检测癌症。第一种方法概述了癌症区域，而第二种方法给出了生长区域的精确定义。
荧光成像
荧光成像是通过激发荧光团来完成的 – 荧光团是一种在暴露于特定激光时发光并作为标记的元素。然而，SERS成像的基础在于检测“拉曼光子”的光学振动，其发出独特的指纹状光谱。与荧光相比，拉曼散射提供更清晰的图像。使用单个荧光团来捕获两种类型的图像。
纳米探针设计用于渗透到海绵状多孔癌细胞中，而它们不会穿过更致密的健康组织。当用近红外激光照射该区域时，荧光照相机检测肿瘤。同时，拉曼成像仪捕获荧光团的拉曼散射，从而在微观水平上给出肿瘤组织的轮廓。
使用具有高组织穿透的相同激光进行的光热处理通过纳米颗粒中产生的局部热量破坏肿瘤细胞。
研究的关键在于衍生自常规使用的携带荧光团的金纳米探针的多层纳米探针的新颖设计。金表面和荧光团元件之间的距离在确定激发频率和发射光强度以捕获拉曼图像中起着至关重要的作用。
该团队没有直接将荧光团加载到金纳米粒子上，而是选择了DNA序列作为载体元素。通过这种方式，他们可以编程并优化距离以获得最佳效果。另一个优点是DNA的生物相容性，减少了潜在的毒性问题。
“我们使用经典的分子动力学模拟技术，并通过计算模型验证哪个荧光团标记的DNA序列可以用于此目的。从模拟中，我们发现特定的荧光团显示出对金纳米粒子的强亲和力。由此，我们选择了一个有利的DNA序列，并得出了一个优化的设计，“Jagannath Mondal博士解释说，他参与了探针的模拟测序，同时对科学电报公司发表了讲话。
通过使用可编程参数，将荧光团加载到DNA上并置于金纳米棒核心上。此外，添加了一层银，这增强了探针的信号强度。玻璃封装确保了称为荧光-Raman双峰纳米粒子(FRNP)的探针的保护。
“我们设计的优势在于基于DNA的优化FRNP设计，可提供有效的荧光和拉曼模式，可在极低浓度下检测。
检测的低限可以为组织的内部和外部研究提供有效和高分辨率的癌症双重成像，“该研究的第一作者Suchetan Pal博士说。
标准实验室测试证实了FRNP的生物相容性。当在患有癌症的动物中进行测试时，在主要器官中没有不良反应。对乳腺癌和卵巢癌的两种高死亡率模型进行动物研究。将FRNP静脉内注射到血流中，发现在2-3小时内到达靶标。纳米颗粒渗透到癌细胞中，同时保持健康组织不受影响。然后用785nm近红外激光照射该区域。FRNP阐明了癌症的增长及其边缘。
Dana-Farber癌症研究所分子癌症成像设施主任Moritz Kircher博士和该研究的首席研究员告诉科学电报，“使用这种实时荧光和超灵敏拉曼图像，我们可以准确地定位肿瘤组织;
光热治疗导致成功的非手术和非侵入性癌症治疗。“该设计使用低水平激光进行光热治疗 – 一种商业用于激光脱毛治疗。“这可以消除目前正在使用的高辐射照射，从而防止相关的副作用，”Pal博士补充说。