醫生想要了解活體內發生了什麼，但由於檢測內部結構和事件的微小組成部分的限製而受到阻礙。現在斯坦福大學醫學院的一個研究團隊開發了一種新型的成像系統，可以照亮活體中的腫瘤--以近萬億分之一米的精度獲取圖片。
這種稱為拉曼光譜的技術擴展了分子成像領域的可用工具箱，放射學教授、醫學博士、醫學博士 Sanjiv Sam Gambhir 說。他是一項描述該方法的研究的資深作者，該研究將於 3 月 31 日在線提前出版的美國國家科學院院刊上發表。
“這是一種全新的對活體進行成像的方法，而不是基於以前使用的任何東西，”斯坦福大學分子成像項目的負責人甘比爾說。他說，拉曼光譜的信號比其他可用方法更強、壽命更長，而且該方法中使用的粒子類型可以同時傳輸多種分子目標的信息。
“通常我們可以一次測量一兩個東西，”他說。 “有了這個，我們現在可以一次看到 10、20、30 個東西。”
Gambhir 說，他相信這是拉曼光譜首次用於體內深處的成像，使用注入體內的微小納米粒子作為信標。當激光從體外的來源射出時，這些特殊的粒子會發出信號，這些信號可以被測量並轉換成它們在體內位置的可見指示符。
Gambhir 將拉曼光譜工作與 20 或 30 年前發現的正電子發射斷層掃描的發展進行了比較。 PET 已成為一種常規的醫院成像技術，它使用放射性分子生成人體生化的三維圖像。 “當時沒有人了解 PET 的影響，”他說，指的是它的發現。 “十年或十五年後，人們應該體會到這種影響。”
可以使用幾種不同的方法對動物和人類進行成像，包括PET、磁共振成像、計算機斷層掃描、光學生物發光以及熒光和超聲波。然而，Gambhir 說，到目前為止，這些方法都不能滿足成像工具的所有期望品質，包括能夠精細檢測小的生化細節、一次能夠檢測多個目標以及便宜且易於檢測。使用。
Gambhir 的小組轉而充分利用拉曼效應，這是一種當來自激光等光源的光照射到物體上時發生的物理現象。當光線照射到物體上時，大約有 1000 萬分之一的光子從物體的分子上反射回來，其能量會增加或減少，稱為拉曼散射。這種散射模式，稱為光譜指紋，對每種類型的分子都是獨一無二的，可以測量。
博士後學者 Shay Keren 博士和 Cristina Zavaleta 博士是該研究的共同第一作者，他們找到了一種使拉曼光譜成為醫療工具的方法。為此，他們使用了兩種類型的工程拉曼納米粒子：金納米粒子和單壁碳納米管。
首先，他們給老鼠注射了一些納米粒子。為了觀察納米粒子，他們使用了一種特殊的顯微鏡，該小組已經適應了這種顯微鏡來觀察暴露在激光下的麻醉小鼠。研究人員可以看到納米顆粒遷移到肝臟，在那裡進行排泄處理。
為了能夠檢測分子事件，Zavaleta 說，他們用不同的“標籤”--肽或抗體--分別標記了不同批次的光譜獨特的拉曼納米顆粒，然後將它們同時注入體內，看看它們去了哪裡。例如，如果每種類型的粒子遷移到不同的腫瘤部位，新開發的拉曼顯微鏡將使研究人員能夠將信號從每批粒子中分離出來。
作為這項原理驗證工作的一部分，Gambhir 的團隊用不同的蛋白質片段標記了金納米粒子，這些蛋白質片段定位在不同的腫瘤分子上。
“我們幾乎可以附上任何東西，”甘比爾說。拉曼效應也是無限期持續的，所以粒子只要留在體內就不會失去作為指標的功效。
使用他們改裝的顯微鏡來檢測拉曼納米粒子，該團隊能夠看到比現在使用量子點最精確的熒光成像所獲得的尺寸小1, 000倍的目標。
當適用於人類使用時，他們說，該技術有可能在手術中發揮作用，例如，在去除癌組織方面。成像儀的極高靈敏度甚至可以檢測到最微小的惡性組織。
Gambhir 的實驗室正在進一步研究這些拉曼納米粒子，以便在它們被排出之前的幾天內追踪它們在全身的旅程。他們還在優化顆粒大小和劑量，並評估顆粒的潛在毒性。 Gambhir 在 3 月 30 日的 Nature Nanotechnology 雜誌上發表了一項研究，表明碳納米管對老鼠沒有毒性。
計劃進行一項臨床試驗，以測試人體中的金納米顆粒，以便與結腸鏡檢查聯合使用以指示早期結腸直腸癌。
