Tissue differentiation based on surface-enhanced raman scattering

Abstract

Yüzeyde zenginleştirilmiş Raman Spektroskopisi (YZRS), biyolojik yapıların karekterizasyonu, birçok büyük ve küçük molekülün algılanması, hücresel ve biyomedikal görüntüleme, hastalığın tanısı için güçlü bir tekniktir. Yıkıcı olmayan bir teknik olarak YZRS, moleküler bir yapı hakkında hızlı bir şekilde kimyasal bilgi verir ve bu bilgi altın gümüş gibi plazmonik nanoyapıların yakınında bulunan molekülün titreşimsel `parmak izi' olarak nitelendirilir.Bu çalışmada, YZRS tekniğinin doku farklılaşmasında kullanılabilirliği araştırılmaktadır. Öncelikle örnek hazırlama metodu, birkaç mm uzunluğundaki doku basit bir şekilde sıvı azot içinde dondurularak parçalanıp deriştirilmiş gümüş kollodial nanoparçacık ile karıştırılası, geliştirilir. 6 aylık, erkek Wistar Hannover sıçanlarından elde edilen beyin, akciğer, kalp, dalak, testis, böbrek gibi organlar analiz edilir, elde edilen YRS spektrumları ile organın fonksiyonu arasındaki ilişki araştırılır. Sonunda ise dört hastadan alınan sağlıklı insan beyni ve beyin tümörleri beyin tümörü farklılıkları tanımlanır. Bu çalışma, kanser ve diğer nedenlerden dolayı organın veya dokunun metabolik olarak değişimi süresince, moleküler düzeydeki değişimlerin izlenmesinde kullanılabileceğini göstermektedir.Bu çalışma, YZRS'nin hastalık ve başka nedenlerden dolayı oluşan doku ve organ düzeyindeki metabolik değişimleri algılayabilecek derecede güçlü olduğunu ortaya koymaktadır, YZRS tanı amaçlı kullanılabilir.

Surface-enhanced Raman Spectroscopy (SERS) is a powerful technique for characterization of biological structures, sensing a number of small and large molecules, cellular/biomedical imaging and disease diagnosis. As a non-destructive technique, SERS provides fast chemical information about a molecular structure and this information is considered as vibrational `fingerprint? of a molecule that located close to the plasmonic nanostructures such as gold or silver.In this study, the feasibility of using SERS as tissue differentiation technique is investigated. First, a sample preparation method, as simple as freezing a few millimeter size tissues in liquid nitrogen and mixing with the concentrated silver colloidal nanoparticles, is developed. The samples obtained from different organs such as the brain, lung, liver, heart, spleen, testicle and kidney of male 6-month-old Wistar Hannover rats are analyzed and a relationship between obtained SERS spectra and function of the organs is investigated. Finally, the tissue samples from healthy human brain tissues and tumors from four patients are tested for possible identification of brain tumors.This study suggests that SERS is powerful enough to detect the metabolic changes in an organ or tissue due to a disease or another cause and it can be used for diagnostic purposes.