Una tecnica che un giorno potrebbe essere utilizzata per la terapia e l'imaging dei tumori potrebbe essere notevolmente migliorata grazie a nuove intuizioni ottenute dagli scienziati dell'Università di Twente, l'Erasmus MC e il TU Delft.

I ricercatori delle tre università hanno risolto un mistero di vecchia data su come le nanogoccioline surriscaldate vaporizzano quando vengono colpite da un impulso di ultrasuoni. I risultati sono stati pubblicati il ​​mese scorso in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

Il metodo di imaging su cui il team sta lavorando ruota attorno a nanogoccioline di un liquido speciale chiamato perfluorocarbonio che può essere iniettato in un corpo umano. Queste goccioline possono uscire dal sistema vascolare ed entrare nello spazio tra le cellule tumorali. L'idea è di attivare queste goccioline con un intenso impulso di ultrasuoni. Questo suono fa evaporare le goccioline, formando minuscole bolle di gas che possono essere visualizzate utilizzando apparecchiature di imaging ad ultrasuoni.

Lo stesso metodo può essere utilizzato anche per somministrare medicinali tossici trasportati nel tumore dalle goccioline. Questo non dovrebbe avere effetti collaterali dannosi sui tessuti sani nel resto del corpo, rendendolo una forma localizzata e controllata di chemioterapia.

La tecnica è ancora agli inizi. Un problema importante è il fatto che l'ampiezza del suono deve essere molto alta per vaporizzare le goccioline, mentre potrebbe non essere così alto da provocare danni ai tessuti sani.

La cosa promettente di questa nuova ricerca, tuttavia, è che mostra come le goccioline possono essere vaporizzate con onde sonore che hanno energia appena sufficiente. Era noto che le goccioline potevano essere vaporizzate con il suono con un'energia inferiore alla soglia di attivazione delle goccioline. Ma la fisica alla base ha sconcertato i ricercatori per più di un decennio.

Utilizzando le immagini catturate dalla fotocamera più veloce del mondo, il Brandari 128, i ricercatori di Twente e Rotterdam sono stati in grado di vedere che gli ultrasuoni venivano focalizzati in un unico punto all'interno della gocciolina. Questo era peculiare, perché la lunghezza d'onda dell'ultrasuono emesso è molte volte più grande della gocciolina, causando una messa a fuoco trascurabile.

La spiegazione può essere trovata in un fenomeno unico che si verifica nella propagazione degli ultrasuoni. Il suono è un movimento ondulatorio di alta e bassa pressione che si muove alla velocità del suono. Però, nel corpo, un'alta pressione si propaga più velocemente di una bassa pressione, distorcendo l'onda e creando un'onda d'urto.

"Infatti, tutta una serie di armoniche superiori si sviluppa dal suono originale", afferma l'esperto di imaging acustico Dr. Martin Verweij (Scienze applicate). "La lunghezza d'onda di queste armoniche superiori è molto più piccola, intorno alla dimensione delle goccioline, e queste onde possono focalizzarsi all'interno della goccia Combinazioni di differenti armoniche di focalizzazione possono interferire costruttivamente all'interno della goccia. Il risultato è una focalizzazione acustica localizzata con energia sufficiente per vaporizzare la gocciolina".

La focalizzazione delle onde d'urto all'interno delle goccioline è stata osservata sperimentalmente, tuttavia, anche la teoria secondo cui ciò avrebbe potuto distruggere le goccioline doveva essere dimostrata con calcoli numerici. È qui che è entrato in gioco Verweij. "Ho fornito il metodo numerico in grado di gestire le minuscole goccioline. Questo ha dato alla ricerca l'ultima spinta di cui aveva bisogno".