Nuovi risultati della ricerca suggeriscono che una tecnica sperimentale di imaging medico ultrasensibile che utilizza un laser pulsato e minuscole "nanogabbie" metalliche potrebbe consentire sia la diagnosi precoce che il trattamento della malattia.

Il sistema funziona emettendo impulsi laser nel vicino infrarosso attraverso la pelle per rilevare nanogabbie cave e nanoparticelle solide - fatte di una lega di oro e argento - che vengono iniettate nel flusso sanguigno.

A differenza dei precedenti approcci che utilizzavano minuscole nanobarre metalliche e nanosfere, la nuova tecnica non provoca danni da calore ai tessuti sottoposti a imaging. Un altro vantaggio è che non produce un bagliore "auto fluorescente" di fondo dei tessuti circostanti, che interferisce con l'immagine e riduce il contrasto e la luminosità, disse Ji-Xin Cheng (pronunciato Gee-Shin), professore associato di ingegneria biomedica e chimica alla Purdue University.

"Questa mancanza di fluorescenza di fondo rende le immagini molto più chiare ed è molto importante per il rilevamento delle malattie, " ha detto. "Ci permette di identificare chiaramente le nanogabbie ei tessuti".

Il miglioramento delle prestazioni potrebbe rendere possibile la diagnosi precoce e il trattamento del cancro. Le minuscole gabbie oro-argento potrebbero anche essere utilizzate per somministrare farmaci antitumorali a rilascio prolungato ai tessuti malati, disse Younan Xia, il James M. McKelvey Professor for Advanced Materials presso il Dipartimento di Ingegneria Biomedica della Washington University di St. Louis. Il suo team ha fabbricato le nanogabbie e le nanoparticelle utilizzate nella ricerca.

Le strutture oro-argento hanno prodotto immagini 10 volte più luminose rispetto ad altre ricerche sperimentali di imaging che utilizzano nanosfere e nanobarre d'oro. La tecnologia di imaging fornisce luminosità e contrasto potenzialmente centinaia di volte migliori rispetto ai tradizionali coloranti fluorescenti utilizzati per un'ampia gamma di imaging biologico per studiare il funzionamento interno di cellule e molecole.

I risultati sono stati dettagliati in un documento di ricerca pubblicato online il 6 aprile sulla rivista Angewandte Chemie l'edizione internazionale. Il documento è stato scritto dallo studente di dottorato in chimica della Purdue Ling Tong, La studentessa laureata alla Washington University Claire M. Cobley e il professore assistente di ricerca Jingyi Chen, Xia e Cheng.

Il nuovo approccio di imaging utilizza un fenomeno chiamato "luminescenza a tre fotoni, " che fornisce un contrasto più elevato e immagini più luminose rispetto ai metodi di imaging a fluorescenza convenzionali. Normalmente, la luminescenza a tre fotoni è troppo debole per essere utilizzata per l'imaging. Però, la presenza di nanoparticelle di oro e argento ne esalta la brillantezza, superare questo ostacolo. Si pensa anche che il laser ultraveloce possa svolgere un ruolo causando "generazione di terza armonica, " che aumenta la luminosità.

La ricerca precedente per sviluppare il sistema di imaging ha richiesto l'uso di "plasmoni, " o nuvole di elettroni che si muovono all'unisono, per migliorare la luminosità e il contrasto. Però, l'uso di plasmoni genera calore dannoso per i tessuti. La nuova tecnica non utilizza il potenziamento plasmonico, eliminando questo riscaldamento, Cheng ha detto.

L'effetto a tre fotoni potrebbe consentire agli scienziati di sviluppare "tecniche ottiche non lineari" avanzate che forniscono un contrasto migliore rispetto alle tecnologie convenzionali.

"La capacità di imaging a tre fotoni ci consentirà potenzialmente di combinare imaging e terapia per una migliore diagnosi e monitoraggio, " ha detto Xia.

I ricercatori hanno utilizzato un laser nella gamma del vicino infrarosso dello spettro che pulsa alla velocità di femtosecondi, o quadrilionesimi di secondo. Il laser pulsa 80 milioni di volte al secondo per illuminare tessuti e organi dopo l'iniezione di nanogabbie, Cheng ha detto.

Le gabbie e le particelle sono larghe circa 40 nanometri, o circa 100 volte più piccolo di un globulo rosso.

I ricercatori hanno iniettato per via endovenosa le nanogabbie nei topi e poi hanno preso immagini delle minuscole strutture nei campioni di tessuto di organi come il fegato e la milza.