Il dottor Mikhail Shapiro era interessato allo sviluppo di agenti di imaging su nanoscala per gli ultrasuoni per consentire l'imaging non invasivo di una gamma molto più ampia di eventi biologici e biomedici nel corpo. Rivolgendosi alla natura per l'ispirazione, lui e i suoi colleghi del Caltech e dell'UC Berkeley, ha creato con successo il primo agente di imaging a ultrasuoni basato su strutture contenenti gas codificate geneticamente.
Il team di Shapiro ha utilizzato microrganismi fotosintetici che formano nanostrutture di gas chiamate "vescicole di gas, " che i ricercatori hanno scoperto essere eccellenti agenti di imaging per gli ultrasuoni, con diverse proprietà uniche che li rendono particolarmente utili nelle applicazioni biomediche.
Questo nuovo metodo di nanotecnologia apre le porte a un'ampia varietà di potenziali applicazioni di imaging in cui la dimensione nanometrica è vantaggiosa, (per esempio., nell'etichettare bersagli al di fuori del flusso sanguigno), e potrebbe avere un impatto significativo sugli ultrasuoni, una delle modalità di imaging più utilizzate in biomedicina.
In precedenza, la maggior parte degli agenti di imaging a ultrasuoni erano basati su piccole bolle di gas, che gli ultrasuoni possono rilevare perché hanno una densità diversa rispetto all'ambiente circostante e possono risuonare con le onde sonore. Sfortunatamente, queste "microbolle" potevano essere sintetizzate solo a dimensioni di diversi micron (o più grandi) a causa della loro fisica fondamentale:più piccole si cercava di farle, meno stabili diventavano. Di conseguenza, erano sempre confinati nel flusso sanguigno e potevano visualizzare solo un numero limitato di bersagli biologici.
I ricercatori volevano trovare un altro modo per realizzare strutture piene di gas che potessero essere su scala nanometrica. In particolare, alcuni microrganismi fotosintetici regolano la loro galleggiabilità formando nanostrutture di gas a guscio proteico chiamate "vescicole di gas" all'interno del corpo cellulare. Queste strutture interagiscono con il gas in un modo fondamentalmente diverso dalle microbolle, permettendo loro di avere dimensioni nanometriche. In questo studio, hanno scoperto che le vescicole di gas sono eccellenti agenti di imaging per gli ultrasuoni.
I ricercatori hanno dimostrato di essere in grado di attaccare facilmente le biomolecole alla superficie della vescicola di gas per consentire il targeting. Inoltre, perché queste strutture sono codificate come geni, ora hanno la possibilità di modificare questi geni per ottimizzare le proprietà degli ultrasuoni delle vescicole di gas. Il team ha già dimostrato che le vescicole di gas di specie diverse, che variano nella sequenza genetica, mostrano diverse proprietà che possono essere utilizzate per, Per esempio, distinguerli l'uno dall'altro in un'immagine ecografica.
