Se la tradizionale somministrazione di farmaci fosse un tipo di pittura, potrebbe essere simile al paintball. Con buona mira, la maggior parte della vernice finisce sul bersaglio, ma anche gocciola e schizza, portando flussi di vernice attraverso il bersaglio.

Se il farmaco deve entrare nel flusso sanguigno e circolare in tutto il corpo per curare la malattia ovunque si trovi, questo sistema di consegna simile al paintball potrebbe funzionare. Ma non funzionerà per la somministrazione mirata e precisa dei farmaci.

Un approccio di consegna più acuto assomiglierebbe più a "dipingere con i numeri, " una tecnica che consentirebbe la somministrazione precisa di una certa quantità di farmaci in un luogo esatto. I ricercatori della James McKelvey School of Engineering e della School of Medicine della Washington University di St. Louis stanno sviluppando gli strumenti necessari per un tale sistema di somministrazione dei farmaci , che chiamano pittura a dose di cavitazione.

La loro ricerca è stata pubblicata online questa settimana in Rapporti scientifici .

Usando gli ultrasuoni focalizzati con il suo agente di contrasto, microbolle, per fornire farmaci attraverso la barriera ematoencefalica (FUS-BBBD), il gruppo di ricerca, guidato da Hong Chen, assistente professore di ingegneria biomedica presso la McKelvey School of Engineering, e assistente professore di radioterapia oncologica presso la Facoltà di Medicina, è stato in grado di superare alcune delle incertezze sulla somministrazione dei farmaci.

Questo metodo sfrutta le microbolle che si espandono e si contraggono quando interagiscono con gli ultrasuoni, essenzialmente pompando il farmaco somministrato per via endovenosa ovunque stia puntando l'ecografia.

Per determinare dove e quanta droga venivano consegnati, i ricercatori hanno utilizzato nanoparticelle etichettate con etichette radio per rappresentare particelle di farmaci, hanno quindi utilizzato l'imaging con tomografia a emissione di positroni (PET) per tracciare la loro posizione e le loro concentrazioni. Potrebbero quindi creare un'immagine dettagliata, mostrando dove stavano andando le nanoparticelle e in quali concentrazioni.

C'è un intoppo, anche se.

"Il problema è, L'imaging PET è costoso e associato all'esposizione radioattiva, " disse Chen.

Quindi il team si è rivolto all'imaging a cavitazione passiva (PCI), una tecnica di imaging ad ultrasuoni che è stata sviluppata da diversi gruppi per l'imaging della distribuzione spaziale della cavitazione delle microbolle, o l'oscillazione di microbolle nel campo degli ultrasuoni.

Per determinare se PCI potrebbe anche determinare con precisione la quantità di farmaci in un determinato luogo, hanno correlato un'immagine PCI con un'immagine PET (che sapevano in grado di quantificare la concentrazione di agenti radioattivi).

"Abbiamo scoperto che esiste una correlazione pixel per pixel tra l'imaging a ultrasuoni e l'imaging PET, "  ha detto Yaoheng Yang, l'autore principale di questo studio e un dottorato di ricerca del secondo anno. studente presso il Dipartimento di Ingegneria Biomedica. L'immagine del PCI, perciò, può essere usato per prevedere dove va un farmaco e quanta droga c'è. Quindi, chiamò la nuova tecnica cavitazione dose painting.

Andando avanti, Chen crede che questo metodo potrebbe cambiare drasticamente il modo in cui vengono consegnati alcuni farmaci. L'uso della pittura a dose di cavitazione in tandem con gli ultrasuoni focalizzati consentirà ai medici di somministrare quantità precise di farmaci in luoghi specifici, Per esempio, mirare a diverse aree di un tumore con esattezza.

"Penso che questa tecnica di pittura con dose di cavitazione in combinazione con la somministrazione mirata di farmaci per il cervello abilitata dagli ultrasuoni apra nuovi orizzonti nella somministrazione di farmaci per il cervello modulata e mirata nello spazio, " disse Chen.

Ha recentemente ricevuto una sovvenzione di $ 1,6 milioni dal National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering del National Institutes of Health (NIH) per lavorare sulla combinazione della somministrazione intranasale di farmaci e degli ultrasuoni focalizzati (FUSIN) con questa ricerca.

Il gruppo di ricerca della Washington University School of Medicine includeva Xiaohui Zhang, ricercatore post-dottorato in radiologia; Richard Laforest, professore associato di radiologia; Yongjian Liu, professore associato di radiologia; e Jeffrey F. Williamson, professore di radioterapia oncologica. Da McKelvey Engineering:Haoheng Yang; e Dezhuang Ye.