Se ti è stato somministrato "ecografia" in un gioco di associazione di parole, "onda sonora" potrebbe facilmente venire in mente. Ma negli ultimi anni, è emerso un nuovo termine:bolle. Quelle effimere, forme globulari si stanno rivelando utili per migliorare l'imaging medico, rilevamento della malattia e somministrazione mirata di farmaci. C'è solo un problema tecnico:le bolle svaniscono subito dopo l'iniezione nel flusso sanguigno.

Ora, dopo 10 anni di lavoro, un team di ricerca multidisciplinare ha costruito una bolla migliore. Le loro nuove formulazioni hanno prodotto bolle su scala nanometrica con involucri esterni personalizzabili, così piccoli e resistenti da poter viaggiare e penetrare in alcune delle aree più inaccessibili del corpo umano.

Il lavoro è una collaborazione tra Al C. de Leon e co-autori, sotto la supervisione di Agata A. Exner del Dipartimento di Radiologia presso la Case Western Reserve University School of Medicine di Cleveland e Amin Jafari Sojahrood sotto la supervisione di Michael Kolios del Dipartimento di Fisica della Ryerson University e dell'Istituto di Ingegneria Biomedica, Scienza e tecnologia (iBEST) a Toronto. I loro risultati sono stati recentemente pubblicati in ACS Nano , in un documento intitolato "Verso una risposta acustica controllabile con precisione di nanobolle stabilizzate a guscio:alta resa e dispersione ridotta".

"Il progresso può eventualmente portare a immagini ecografiche più chiare, " dice Kolios. "Ma più in generale, i nostri risultati teorici e sperimentali congiunti forniscono un quadro fondamentale che aiuterà a stabilire nanobolle per applicazioni nell'imaging biomedico e potenzialmente in altri campi, dalla scienza dei materiali alla pulizia e alla miscelazione delle superfici."

Bolle negli ultrasuoni:riduzione alla nanoscala

L'ecografia è la seconda modalità di imaging medico più utilizzata al mondo. Come per altre modalità, un paziente può deglutire o essere iniettato con un agente per creare contrasto dell'immagine, rendendo così più facili da vedere le strutture corporee o i fluidi.

Con gli ultrasuoni, le bolle servono come mezzo di contrasto. Questi globi pieni di gas sono racchiusi da un guscio di fosfolipidi. Il contrasto viene generato quando le onde ultrasoniche interagiscono con le bolle, facendoli oscillare e riflettere onde sonore che differiscono significativamente dalle onde riflesse dai tessuti del corpo. Le bolle vengono utilizzate di routine nei pazienti per migliorare la qualità dell'immagine e migliorare l'individuazione delle malattie. Ma a causa delle loro dimensioni (circa le stesse dei globuli rossi), le microbolle si limitano a circolare nei vasi sanguigni, e non può raggiungere il tessuto malato all'esterno.

"Il nostro team di ricerca presso CWRU ora ha progettato stabile, bolle a lunga circolazione su scala nanometrica, che misurano 100-500 nm di diametro, " dice Exner. "Sono così che possono anche spremere attraverso i vasi sanguigni che perdono di tumori cancerosi".

Con tali capacità, le nanobolle sono adatte per applicazioni più fini come l'imaging molecolare e la somministrazione mirata di farmaci. Lavorando insieme al team Ryerson, i ricercatori hanno sviluppato una comprensione più chiara della teoria di come le nanobolle vengono visualizzate con gli ultrasuoni, e quali tecniche di imaging sono necessarie per visualizzare al meglio le bolle nel corpo.

Controllo del comportamento delle nanobolle

Problemi di dimensioni a parte, le bolle sono anche oscillatori complessi, manifestare comportamenti difficili da controllare. Nel lavoro attuale, il team di ricerca ha anche ideato un modo per controllare e prevedere con precisione come le bolle interagiscono e rispondono acusticamente agli ultrasuoni.

"Introducendo additivi a membrana nelle nostre formulazioni a bolle, abbiamo dimostrato la capacità di controllare quanto diventano rigidi (o flessibili) i gusci delle bolle, " afferma de Leon. "Le formulazioni delle bolle possono quindi essere personalizzate per soddisfare le esigenze particolari delle diverse applicazioni".

Per esempio, più rigido, i design stabili delle bolle possono durare abbastanza a lungo da raggiungere i tessuti del corpo a cui è difficile accedere. Bolle più morbide possono produrre immagini ecografiche più chiare di alcuni tipi di tessuto corporeo. L'oscillazione della bolla potrebbe anche essere modificata per aumentare la permeabilità cellulare, potenzialmente aumentando la somministrazione di farmaci alle cellule malate, che a sua volta può diminuire il dosaggio richiesto.

Pazienti, i Beneficiari Finali

Avendo dimostrato con successo la capacità di personalizzare le proprietà del guscio delle bolle e la loro interazione con le onde sonore, il lavoro attuale ha interessanti implicazioni per la potenza delle nanobolle, sia nelle applicazioni diagnostiche che terapeutiche.

Sojahrood vede molti potenziali benefici, per la biomedicina e per i pazienti in clinica. "Rispetto ad altre opzioni di imaging o trattamento, come la chirurgia con il bisturi, macchinario ingombrante di risonanza magnetica, o il rischio di iodio radioattivo nelle scansioni TC, l'ecografia potrebbe essere molto più veloce, più economico, più efficace e meno invasivo, " dice. "Facendo avanzare gli ultrasuoni attraverso le nanobolle, potremmo eventualmente rendere la diagnosi e il trattamento più disponibili e più efficaci, anche nelle aree più remote del mondo, in definitiva migliorando gli esiti dei pazienti e salvando più vite".