Egy új kutatás áttörést hozhat, ugyanis a tudósok olyan ultraérzékeny Raman‑képalkotó rendszert fejlesztettek ki, amely képes olyan gyenge fényjeleket is detektálni, amelyeket a jelenlegi technológiák egyszerűen nem látnak.

A rendszer különlegessége, hogy SERS‑nanorészecskéket használ – ezek olyan, felszínen erősített Raman‑szórást produkáló nanopartikulumok, amelyeket daganatjelző molekulákhoz terveztek kötődni. Amint a részecskék a vizsgált szövethez kapcsolódnak, a rendszer automatikusan kiemeli azokat a területeket, ahol nagyobb valószínűséggel található tumor.

A kutatást vezető Zhen Qiu, a Michigan Állami Egyetem Kvantitatív Egészségtudományi és Biomérnöki Intézetének (IQ) munkatársa: „A hagyományos, rákdiagnosztikához kapcsolódó módszerek időigényesek és munkaigényesek, mert a szövetmintákat festeni kell, majd egy patológusnak kell megvizsgálnia az esetleges rendellenességeket. Bár a mi rendszerünk nem helyettesíti azonnal a patológiát, gyors szűrőeszközként szolgálhat a diagnózis felgyorsítására.”

Négyszer érzékenyebb, mint a jelenlegi rendszerek

A kutatók az Optica folyóiratban publikált eredményei szerint az új rendszer négyszer gyengébb Raman‑jeleket is képes érzékelni, minta jelenleg elérhető kereskedelmi eszközök. A nagy érzékenység két kulcstechnológia kombinációjából származik: söprőforrású lézerből, ami elemzés közben változtatja a hullámhosszát, valamint egy szupervezető nanohuzalos egyfoton-detektorból (SNSPD), amely képes egyetlen fényrészecskét is érzékelni.

„Ez a technológia végső soron lehetővé teheti hordozható vagy műtét közbeni eszközök fejlesztését, amelyekkel a klinikusok korábbi stádiumban észlelhetik a rákot, javíthatják a biopsziák pontosságát, és kevésbé invazív vizsgálatokkal követhetik a betegség előrehaladását. Végső soron ezek az előrelépések javíthatják a betegek kilátásait és csökkenthetik a diagnosztikai késedelmeket.”

A szupervezető detektorok új szintre emelik az érzékenységet

Az SNSPD‑detektorok szupervezető huzalból készülnek, és képesek egyetlen foton érzékelésére is, miközben rendkívül alacsony háttérzajt tartanak fenn. A kutatócsoport célja az volt, hogy olyan platformot hozzon létre, amely a jelenlegi Raman‑rendszerek érzékenységi határain túl is képes jeleket mérni – írja a Science Daily.

„Ennek a fejlett detektornak a kombinálása egy söprőforrású Raman‑architektúrával – amely kiváltja a terjedelmes kamerát és hatékonyabban gyűjti a fényt – olyan rendszert eredményezett, amelynek detektálási határa messze meghaladja a kereskedelmi rendszerekét. A száloptikás csatolás és a kompakt kialakítás elősegíti a miniatürizálást és a jövőbeli klinikai alkalmazást.”

Erős kontraszt a tumoros és egészséges szövetek között

A rendszer teszteléséhez a kutatók hialuronsavval bevont SERS‑nanorészecskéket használtak, amelyek a CD44 felszíni fehérjéhez kötődnek – ez sok daganatsejt jellegzetes markere.

A vizsgálatok során: femtomoláris érzékenységet értek el egyszerű oldatokban, majd a rendszert emlőráksejteken, egértumorokon és egészséges szövetmintákon is tesztelték. „A SERS‑jelek erősen koncentrálódtak a tumoros mintákban, miközben az egészséges szövetben csak minimális háttérjel volt észlelhető. Ez bizonyítja a rendszer kivételes érzékenységét és azt a képességét, hogy megbízható kontrasztot adjon tumor és egészséges szövet között.” Ráadásul a célzó molekula módosításával vagy cseréjével a módszer más ráktípusokra is adaptálható.”

Mi következik?

A kutatók szerint további fejlesztések szükségesek, mielőtt a rendszer klinikai környezetben is használható lenne.

• a kiolvasási sebesség növelése
• gyorsabb lézerforrások (pl. VCSEL-ek) tesztelése
• a hullámhosszsöprés tartományának szűkítése a teljesítmény javítása érdekében,
• több biomarker egyidejű célzására alkalmas multiplex kísérletek