癌癥治療包括手術(shù)切除腫瘤，隨后進(jìn)行放射治療，以防止惡性腫瘤進(jìn)一步生長(zhǎng)。生長(zhǎng)中的癌細(xì)胞與周圍的健康組織重疊。在手術(shù)過(guò)程中，明確劃分兩個(gè)區(qū)域是非常重要的。癌癥的檢測(cè)和精確成像是醫(yī)生面臨的主要挑戰(zhàn)。基于納米技術(shù)的工具可以幫助醫(yī)生在未來(lái)克服這一挑戰(zhàn)。
一種新的治療方法是尋求基于納米技術(shù)的“治療診斷”工具的解決方案——綜合診療。該系統(tǒng)可以檢測(cè)、標(biāo)記和治療癌癥部位的惡性腫瘤。
一個(gè)來(lái)自印度和美國(guó)的跨學(xué)科研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了這樣一種納米管，它可以顯示腫瘤的精確成像和治療。對(duì)患病動(dòng)物的初步結(jié)果表明，該探針可用作手術(shù)過(guò)程中的原位引導(dǎo)工具。
本研究中使用的低強(qiáng)度激光不僅可以引導(dǎo)燒蝕，還可以產(chǎn)生足夠的加熱納米粒子，以減少生長(zhǎng)和有害影響。
在這項(xiàng)研究中，該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一個(gè)成像系統(tǒng)，通過(guò)熒光掃描和表面增強(qiáng)拉曼散射(SERS)兩種成像方法的協(xié)同組合來(lái)檢測(cè)癌癥。第一種方法概述了癌癥區(qū)域，而第二種方法給出了生長(zhǎng)區(qū)域的精確定義。
熒光成像
熒光成像是通過(guò)激發(fā)熒光團(tuán)來(lái)完成的，熒光團(tuán)是當(dāng)暴露于特定的激光時(shí)發(fā)光的元素，并用作標(biāo)記。然而，SERS成像的基礎(chǔ)是檢測(cè)“拉曼光子”的光學(xué)振動(dòng)，它發(fā)出獨(dú)特的指紋光譜。與熒光相比，拉曼散射提供了更清晰的圖像。使用單個(gè)熒光團(tuán)捕獲兩種類型的圖像。
納米探針被設(shè)計(jì)成能穿透海綿狀多孔癌細(xì)胞，而不會(huì)穿過(guò)密度更大的健康組織。當(dāng)用近紅外激光照射該區(qū)域時(shí)，熒光照相機(jī)檢測(cè)到腫瘤。同時(shí)，拉曼成像儀捕捉熒光團(tuán)的拉曼散射，從而在微觀層面給出腫瘤組織的輪廓。
使用具有高組織穿透性的相同激光的光熱治療通過(guò)納米顆粒中產(chǎn)生的局部熱量破壞腫瘤細(xì)胞。
研究的關(guān)鍵在于從傳統(tǒng)使用的攜帶熒光團(tuán)的金納米探針衍生的多層納米探針的新穎設(shè)計(jì)。金表面和熒光團(tuán)元素之間的距離在確定激發(fā)頻率和發(fā)射強(qiáng)度以捕獲拉曼圖像方面起著重要作用。
該團(tuán)隊(duì)沒(méi)有將熒光團(tuán)直接裝載到金納米粒子上，而是選擇了DNA序列作為載體元素。這樣，他們可以編程和優(yōu)化距離，以獲得最佳效果。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是DNA的生物相容性，減少了潛在的毒性問(wèn)題。
“我們使用經(jīng)典的分子動(dòng)力學(xué)模擬技術(shù)，并通過(guò)計(jì)算模型驗(yàn)證哪些熒光團(tuán)標(biāo)記的DNA序列可用于此目的。從模擬中，我們發(fā)現(xiàn)特定的熒光團(tuán)對(duì)金納米粒子表現(xiàn)出很強(qiáng)的親和力。因此，我們選擇了一個(gè)有利的DNA序列，并得到了優(yōu)化的設(shè)計(jì)，”賈根納特蒙達(dá)爾博士解釋說(shuō)，他參與了探針的模擬測(cè)序，并在印度科學(xué)電報(bào)公司發(fā)表了演講。
通過(guò)使用可編程參數(shù)，熒光團(tuán)被裝載在DNA上，并被放置在金納米棒的核心上。此外，添加了一層銀，增強(qiáng)了探針的信號(hào)強(qiáng)度。玻璃封裝確保了被稱為熒光拉曼雙峰納米粒子(FRNP)的探針的保護(hù)。
“我們?cè)O(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于基于DNA的優(yōu)化FRNP設(shè)計(jì)，可以提供有效的熒光和拉曼模式，并且可以在非常低的濃度下進(jìn)行檢測(cè)。
檢測(cè)下限可以為組織的內(nèi)部和外部研究提供有效和高分辨率的癌癥雙重成像，”該研究的第一作者Suchetan Pal博士說(shuō)。
標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試證實(shí)了FRNP的生物相容性。在患有癌癥的動(dòng)物身上測(cè)試時(shí)，主要器官?zèng)]有不良反應(yīng)。對(duì)乳腺癌和卵巢癌的兩種高死亡率模型進(jìn)行了動(dòng)物研究。FRNP被靜脈注射到血流中，并被發(fā)現(xiàn)在2-3小時(shí)內(nèi)到達(dá)目標(biāo)。納米粒子滲透到癌細(xì)胞中，同時(shí)保持健康組織不受影響。然后，用785納米近紅外激光照射該區(qū)域。FRNP說(shuō)明了癌癥的增長(zhǎng)和邊緣。
達(dá)納-法伯癌癥研究所分子癌癥成像設(shè)施主任莫里茨基歇爾博士和該研究的首席研究員告訴《印度科學(xué)電訊報(bào)》，“利用這種實(shí)時(shí)熒光和超靈敏拉曼圖像，我們可以準(zhǔn)確定位腫瘤組織；
光熱療法導(dǎo)致成功的非手術(shù)和非侵入性癌癥治療?！斑@種設(shè)計(jì)使用低水平激光進(jìn)行光熱治療——激光脫毛的商業(yè)治療。”這可以消除目前使用的高輻射暴露，從而防止相關(guān)的副作用，”帕爾博士補(bǔ)充道。