Ricercatori e colleghi dell'Università di Buffalo hanno progettato una nanoparticella rilevabile con sei tecniche di imaging medico. Questa illustrazione mostra le particelle mentre vengono colpite da fasci di energia ed emettono segnali che possono essere rilevati con i sei metodi:scansione TC e PET, insieme alla fotoacustica, fluorescenza, upconversion e imaging di luminescenza di Cerenkov. Credito:Jonathan Lovell
È una tecnologia così avanzata che la macchina in grado di utilizzarla non esiste ancora.
Utilizzando due parti biocompatibili, I ricercatori dell'Università di Buffalo e i loro colleghi hanno progettato una nanoparticella che può essere rilevata da sei tecniche di imaging medico:
Nel futuro, i pazienti potrebbero ricevere una singola iniezione delle nanoparticelle per eseguire tutti e sei i tipi di imaging.
Questo tipo di imaging "ipermodale", se si realizzasse, darebbe ai medici un'immagine molto più chiara degli organi e dei tessuti dei pazienti rispetto a quanto potrebbe fornire un singolo metodo. Potrebbe aiutare i professionisti medici a diagnosticare le malattie e identificare i confini dei tumori.
"Questa nanoparticella potrebbe aprire la porta a nuovi sistemi di imaging 'ipermodali' che consentono di ottenere molte nuove informazioni utilizzando un solo agente di contrasto, " dice il ricercatore Jonathan Lovell, dottorato di ricerca, UB Assistant Professor di ingegneria biomedica. "Una volta sviluppati tali sistemi, un paziente potrebbe teoricamente eseguire una scansione con una macchina anziché più scansioni con più macchine".
Quando Lovell e colleghi hanno usato le nanoparticelle per esaminare i linfonodi dei topi, hanno scoperto che le scansioni TC e PET fornivano la penetrazione tissutale più profonda, mentre l'imaging fotoacustico ha mostrato dettagli dei vasi sanguigni che le prime due tecniche non hanno rilevato.
Questa immagine al microscopio elettronico a trasmissione mostra le nanoparticelle, che consistono in un nucleo che si illumina di blu quando viene colpito dalla luce nel vicino infrarosso, e un tessuto esterno di fosfolipidi di porfirina (PoP) che avvolge il nucleo. Credito:Jonathan Lovell
Differenze come queste significano che i medici possono ottenere un'immagine molto più chiara di ciò che sta accadendo all'interno del corpo unendo i risultati di più modalità.
Una macchina in grado di eseguire tutte e sei le tecniche di imaging contemporaneamente non è stata ancora inventata, a conoscenza di Lovell, ma lui ei suoi coautori sperano che scoperte come le loro stimoleranno lo sviluppo di tale tecnologia.
La ricerca, Imaging esamodale con nanoparticelle Upconversion rivestite di porfirina-fosfolipidi, è stato pubblicato online il 14 gennaio sulla rivista Materiale avanzato .
Era guidato da Lovell; Paras Prasad, dottorato di ricerca, direttore esecutivo dell'Istituto per i laser di UB, Fotonica e Biofotonica (ILPB); e Guanying Chen, dottorato di ricerca, un ricercatore presso ILPB e Harbin Institute of Technology in Cina. Il team includeva anche collaboratori aggiuntivi di queste istituzioni, così come l'Università del Wisconsin e POSTECH in Corea del Sud.
I ricercatori hanno progettato le nanoparticelle da due componenti:un nucleo "di conversione" che si illumina di blu quando viene colpito dalla luce del vicino infrarosso, e un tessuto esterno di fosfolipidi di porfirina (PoP) che avvolge il nucleo.
Ogni parte ha caratteristiche uniche che la rendono ideale per determinati tipi di imaging.
Il centro, inizialmente progettato per l'imaging di conversione, è fatto di sodio, itterbio, fluoro, ittrio e tulio. L'itterbio è denso di elettroni, una proprietà che facilita il rilevamento mediante scansioni TC.
L'involucro PoP ha qualità biofotoniche che lo rendono un ottimo abbinamento per la fluorescenza e l'immaginazione fotoacustica. Lo strato PoP è anche abile nell'attrarre il rame, che viene utilizzato nell'imaging a luminescenza PET e Cerenkov.
"La combinazione di questi due componenti biocompatibili in una singola nanoparticella potrebbe dare ai medici di domani un potente, nuovo strumento per l'imaging medico, "dice Prasad, anche un illustre professore di chimica SUNY, fisica, medicina e ingegneria elettrica presso UB. "Sarebbero necessari ulteriori studi per determinare se la nanoparticella è sicura da usare per tali scopi, ma non contiene metalli tossici come il cadmio che sono noti per rappresentare potenziali rischi e che si trovano in alcune altre nanoparticelle".
"Un altro vantaggio di questo agente di contrasto per imaging core/shell è che potrebbe consentire l'imaging biomedico su più scale, dalla singola molecola all'imaging cellulare, così come dall'imaging vascolare e degli organi al bioimaging di tutto il corpo, " Chen aggiunge. "Questi ampi, potenziali capacità sono dovute a una pluralità di ottiche, capacità di imaging fotoacustico e radionuclide che l'agente possiede."
Lovell afferma che il prossimo passo nella ricerca è esplorare ulteriori usi per la tecnologia.
Per esempio, potrebbe essere possibile attaccare una molecola mirata alla superficie del PoP che consentirebbe alle cellule tumorali di assorbire le particelle, qualcosa che l'imaging fotoacustico e a fluorescenza può rilevare grazie alle proprietà del rivestimento intelligente PoP. Ciò consentirebbe ai medici di vedere meglio dove iniziano e finiscono i tumori, dice Lovell.
