Aree di ipossia, o basso contenuto di ossigeno nei tessuti, sono segni distintivi di tumori in rapida crescita e di ostruzioni o restringimento dei vasi sanguigni, come ictus o malattie delle arterie periferiche. I ricercatori dell'Università dell'Illinois hanno sviluppato un modo per trovare i punti ipossici in modo non invasivo in tempo reale.

I ricercatori hanno sviluppato un segnale molecolare sensibile all'ossigeno che emette segnali a ultrasuoni in risposta alla luce, un processo chiamato imaging fotoacustico - un metodo meno invasivo, risoluzione più elevata e metodo meno costoso rispetto all'attuale standard clinico, che utilizza molecole radioattive e scansioni di tomografia a emissione di positroni. In un articolo pubblicato su Comunicazioni sulla natura , i ricercatori hanno dimostrato la capacità della sonda di visualizzare i tumori ipossici e le arterie ristrette nei topi.

"Potremmo dare a un medico un aspetto tridimensionale, vista in tempo reale nel tessuto per guidare le procedure chirurgiche e i piani di trattamento, " ha detto il professore di chimica Jefferson Chan, il capo dello studio. Lo studente laureato Hailey Knox e il professore di bioingegneria Wawrzyniec Lawrence Dobrucki erano co-autori del documento.

"La capacità di rilevarlo in un modo che non richiede un intervento chirurgico o non si basa su metodi indiretti è davvero potente, perché puoi effettivamente vederlo mentre si sta sviluppando, " disse Chan.

Gli attuali metodi per rilevare l'ipossia nei tessuti possono solo identificare l'ipossia cronica, e quindi non può aiutare i medici a trovare tumori aggressivi o condizioni acute come un ictus che richiedono un intervento immediato, disse Chan. Tali metodi sono limitati a procedure invasive che coinvolgono aghi elettrodi di grandi dimensioni o imaging indiretto con sonde radioattive, che presenta le sfide aggiuntive dell'attivazione e dell'interferenza fuori bersaglio.

Le sonde molecolari sviluppate dal gruppo di Chan si attivano solo quando manca l'ossigeno. Quando eccitato dalla luce, producono un segnale ad ultrasuoni, consentendo l'imaging 3D diretto delle aree ipossiche. Hanno testato il sistema su colture cellulari, e poi in topi vivi con cancro al seno e topi con arterie ristrette nelle gambe.

"Il sistema che abbiamo utilizzato in questo studio è un sistema preclinico per gli animali. Tuttavia, in ambito clinico, puoi prendere una normale macchina ad ultrasuoni e dotarla di una fonte di luce:puoi acquistare LED per circa $ 200 che sono abbastanza potenti e sicuri per le applicazioni cliniche, " disse Chan. I medici somministravano le molecole fotoacustiche al paziente, iniettando in una vena o direttamente nel sito del tumore, quindi utilizzare la macchina ad ultrasuoni modificata per visualizzare l'area di interesse.

I ricercatori hanno scoperto che il loro metodo fotoacustico potrebbe trovare l'ipossia pochi minuti dopo che l'arteria di un topo è stata costretta, mostrando la promessa di trovare rapidamente siti di ictus o coaguli di sangue nei tessuti profondi. Nei topi con cancro, le sonde abilitate dettagliate, Imaging ecografico 3-D di tumori ipossici.

"Sappiamo che molti tumori sono ipossici, sono stati sviluppati così tanti nuovi trattamenti che si attivano in condizioni di carenza di ossigeno. Ma sono stati incoerenti negli studi clinici, perché non tutti i tumori sono ipossici, " Chan ha detto. "Questo dà a scienziati e medici un modo per guardare in modo non invasivo all'interno dei tumori e determinare se il tumore di un paziente è ipossico e sarebbero un buon candidato per un nuovo farmaco. Se il tumore non sembra molto ipossico, dovrebbero entrare in un piano di trattamento diverso."

Un altro vantaggio è il basso costo di produzione delle molecole e la loro lunga durata, hanno detto i ricercatori. Possono rimanere stabili per anni, considerando che le molecole radioattive devono essere utilizzate subito dopo la produzione e richiedono una formazione speciale per l'uso.

Il gruppo di Chan sta esplorando altri tipi di molecole fotoacustiche che potrebbero rappresentare altre condizioni. Per esempio, stanno lavorando su sonde in grado di rilevare tumori specifici in modo da poter trovare tutti i luoghi in cui il cancro si è diffuso o si è metastatizzato nel corpo di un paziente.

"Non solo puoi rilevare un cancro e scoprirne le proprietà, ma ha molte strade per la cura del paziente. Possiamo guardare l'intero iceberg invece della punta dell'iceberg, " disse Chan.