Più di sette anni fa Albert J. Sinusas, dottore, un professore di medicina, radiologia, e ingegneria biomedica, stava lavorando con un team di ingegneri per lo sviluppo di un polimero immaginabile per la prevenzione del rimodellamento avverso dopo un attacco di cuore quando hanno scoperto inavvertitamente che quando lo iodio, un mezzo di contrasto utilizzato per l'imaging a raggi X, è confezionato in una nanoparticella c'è un maggiore assorbimento dei raggi X migliorando potenzialmente la visibilità.

Nello sviluppo di questo nuovo concetto Sinusas, che dirige lo Yale Translational Research Imaging Center (Y-TRIC), si rivolse a Tarek Fahmy, dottorato di ricerca, un professore associato di ingegneria biomedica e Dongin (Donoven) Kim, dottorato di ricerca, ora assistente professore all'Università dell'Oklahoma, e uno dei primi tirocinanti Y-TRIC supportati da una sovvenzione NIH T32 per la formazione in imaging cardiovascolare molecolare e traslazionale multimodale, che è stato appena rinnovato per ulteriori cinque anni di finanziamento.

Il team di ricerca guidato da Yale ha scoperto che quando confezionato in una nanoparticella, mezzi di contrasto TC, come lo iodio, ha aumentato l'assorbimento dei raggi X di quasi un ordine di grandezza, migliorando così la sensibilità per l'imaging e la caratterizzazione della malattia e riducendo potenzialmente la tossicità rispetto agli agenti di contrasto convenzionali. Sinusas e il team di ingegneri hanno ottenuto un brevetto per questo concetto all'inizio di quest'anno il 26 gennaio, 2021.

"Abbiamo scoperto che quando gli agenti di contrasto vengono "affollati" o raggruppati su scala nanometrica (poche centinaia di nanometri) ciò aumenta l'entità complessiva del contrasto in modo non lineare, il che in breve significava che la diffusione delle onde elettromagnetiche veniva amplificata. Abbiamo anche scoperto che questo non era semplicemente un effetto di miglioramento dei raggi X, ma un effetto generale di onde elettromagnetiche, significa onde ottiche, onde radio, e altri dove sono stati migliorati, " ha detto Fahmy.

Si pensa che una nanoparticella abbia una dimensione inferiore a 200 nanometri. Quando queste minuscole particelle sono piene di iodio, svolgono un ruolo essenziale nell'imaging medico con tomografia computerizzata (TC). Le scansioni TC si basano su raggi X elaborati al computer e hanno ampie applicazioni nell'imaging medico. Però, i ricercatori concordano sul fatto che questo strumento diagnostico comporta anche un rischio a lungo termine di sviluppare tumori secondari a causa delle radiazioni ionizzanti. I composti a base di iodio comunemente usati in combinazione con l'imaging a raggi X possono portare a un peggioramento della funzionalità renale nei pazienti con funzionalità renale compromessa. Perciò, l'uso di una configurazione migliorata di questi mezzi di contrasto può consentire l'imaging diagnostico con meno radiazioni e una minore concentrazione del contrasto riducendo la tossicità complessiva.

Quando racchiuso o confinato in nanoparticelle, l'agente di contrasto ha dimostrato diverse caratteristiche che migliorano il contrasto TC e migliorano l'imaging. Potrebbero essere assorbiti più raggi X, che ridurrebbe la tossicità associata ad alte concentrazioni di questi mezzi di contrasto. Gli agenti sono costituiti da porzioni o polimeri che forniscono una circolazione prolungata e una permeazione vascolare minima, e tempi di ritenzione potenzialmente prolungati quando erogati nel muscolo cardiaco per migliorare la riparazione a seguito di lesioni.

Benefici:

1. Sensibilità migliorata:un maggiore assorbimento dei raggi X porta ad una maggiore sensibilità per il rilevamento del contrasto, facilitando l'imaging a bersaglio molecolare.
2. Minore possibilità di tossicità:con una maggiore sensibilità, consente l'uso di meno iodio riducendo la tossicità
3. Integrazione con nanomateriali approvati dalla FDA:con l'incorporazione di iodio nei polimeri approvati dalla FDA, c'è una maggiore possibilità di commercializzazione.

Esplorare le capacità diagnostiche e terapeutiche degli scanner per immagini mediche

Sinusas è l'autore di oltre 250 pubblicazioni peer reviewed e ha ricevuto numerosi brevetti relativi all'imaging cardiovascolare multimodale. Il 7 gennaio 2020 Sinusas ha ottenuto un altro brevetto per un sistema basato su catetere con ago retrattile che ha sviluppato con Farhad Daghighian, dottorato di ricerca, come metodo minimamente invasivo per rilevare radiotraccianti a bersaglio molecolare utilizzati per la scansione con tomografia a emissione di positroni (PET). Questa tecnologia basata su catetere potrebbe essere utilizzata per guidare la somministrazione di polimeri teranostici iodati per la prevenzione del rimodellamento avverso a seguito di un infarto.

Sinusas e John Stendhal, dottore, dottorato di ricerca, anche un ex tirocinante T32, stanno ora testando le applicazioni di agenti di contrasto a base di frazioni per migliorare l'immaginebilità degli stent bioriassorbibili, e altre future tecnologie di imaging, per l'individuazione precoce della malattia e la guida della terapia.

Recentemente, Kim è stato il coautore di un articolo che ha esaminato i vantaggi del nanoconfinamento. Il manoscritto "Teranostica del cancro mediata dal nanoconfinamento, " è stato pubblicato il 27 gennaio nel Archivi di ricerca farmaceutica .