癌症治疗包括手术切除肿瘤，随后进行放射治疗，以防止恶性肿瘤进一步生长。生长中的癌细胞与周围的健康组织重叠。在手术过程中，明确划分两个区域是非常重要的。癌症的检测和精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——综合诊疗。该系统可以检测、标记和治疗癌症部位的恶性肿瘤。
一个来自印度和美国的跨学科研究团队开发了这样一种纳米管，它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，该探针可用作手术过程中的原位引导工具。
本研究中使用的低强度激光不仅可以引导烧蚀，还可以产生足够的加热纳米粒子，以减少生长和有害影响。
在这项研究中，该团队开发了一个成像系统，通过荧光扫描和表面增强拉曼散射(SERS)两种成像方法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，荧光团是当暴露于特定的激光时发光的元素，并用作标记。然而，SERS成像的基础是检测“拉曼光子”的光学振动，它发出独特的指纹光谱。与荧光相比，拉曼散射提供了更清晰的图像。使用单个荧光团捕获两种类型的图像。
纳米探针被设计成能穿透海绵状多孔癌细胞，而不会穿过密度更大的健康组织。当用近红外激光照射该区域时，荧光照相机检测到肿瘤。同时，拉曼成像仪捕捉荧光团的拉曼散射，从而在微观层面给出肿瘤组织的轮廓。
使用具有高组织穿透性的相同激光的光热治疗通过纳米颗粒中产生的局部热量破坏肿瘤细胞。
研究的关键在于从传统使用的携带荧光团的金纳米探针衍生的多层纳米探针的新颖设计。金表面和荧光团元素之间的距离在确定激发频率和发射强度以捕获拉曼图像方面起着重要作用。
该团队没有将荧光团直接装载到金纳米粒子上，而是选择了DNA序列作为载体元素。这样，他们可以编程和优化距离，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些荧光团标记的DNA序列可用于此目的。从模拟中，我们发现特定的荧光团对金纳米粒子表现出很强的亲和力。因此，我们选择了一个有利的DNA序列，并得到了优化的设计，”贾根纳特蒙达尔博士解释说，他参与了探针的模拟测序，并在印度科学电报公司发表了演讲。
通过使用可编程参数，荧光团被装载在DNA上，并被放置在金纳米棒的核心上。此外，添加了一层银，增强了探针的信号强度。玻璃封装确保了被称为荧光拉曼双峰纳米粒子(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，可以提供有效的荧光和拉曼模式，并且可以在非常低的浓度下进行检测。
检测下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。在患有癌症的动物身上测试时，主要器官没有不良反应。对乳腺癌和卵巢癌的两种高死亡率模型进行了动物研究。FRNP被静脉注射到血流中，并被发现在2-3小时内到达目标。纳米粒子渗透到癌细胞中，同时保持健康组织不受影响。然后，用785纳米近红外激光照射该区域。FRNP说明了癌症的增长和边缘。
达纳-法伯癌症研究所分子癌症成像设施主任莫里茨基歇尔博士和该研究的首席研究员告诉《印度科学电讯报》，“利用这种实时荧光和超灵敏拉曼图像，我们可以准确定位肿瘤组织；
光热疗法导致成功的非手术和非侵入性癌症治疗。“这种设计使用低水平激光进行光热治疗——激光脱毛的商业治疗。”这可以消除目前使用的高辐射暴露，从而防止相关的副作用，”帕尔博士补充道。