גליובלסטומה הוא אחד מסוגי סרטן המוח הראשוניים הנפוצים ביותר והוא קשור לגדילה מהירה ולתוחלת חיים ירודה. פיתוח טיפולים יעילים לגליובלסטומה נותר אתגר גדול מכיוון שמתן טיפולים מוגבל על ידי מחסום הדם במוח. שיטה להדמיה ישירה של הצטברות והפצה של מקרומולקולות במוח תשפר מאוד את יכולתנו להבין ולייעל את אספקת התרופות.
מיקרוסקופ שני פוטונים מציע פתרון אלגנטי לחקר ההתפלגות בזמן אמת של ננו-חלקיקים במודל הפרה-קליני של גליובלסטומה. על ידי שינוי הננו-חלקיק המשמש במחקר זה, ניתן לחקור את המסירה של תרופות מועמדות שונות וטיפולים משולבים ברמה התאית והמולקולרית. בנוסף למיקרוסקופיה תוך-חיונית של שני פוטונים, רכיב תחמוצת הברזל של ננו-חלקיקים אלה מאפשר הדמיה רב-מודאלית באמצעות MRI או MPI.
בעתיד, מתקני הדמיה יוכלו לשמש במימוש גילוי מוקדם לסרטן, ובכך להוביל לטיפולים יעילים יותר נגד ניאופלזיה ממאירה. דרך אחת להשיג זאת היא למזג מיקרוסקופיה תוך-חיונית של שני פוטונים עם שיטות הדמיה אחרות כגון טומוגרפיה של פליטת פוזיטרונים ואולטרסאונד פוטואקוסטי.