Medici e ricercatori si affidano all'imaging biomedico per esaminare la struttura e la funzione dei tessuti viventi. Ciò consente la diagnosi delle malattie e gli esperimenti che rivelano i meccanismi alla base delle patologie e i modi per trattarle. Le tecniche più popolari per l'imaging senza radiazioni sono le scansioni a ultrasuoni e MRI. L'optoacustica, d'altra parte, è un promettente approccio emergente introdotto solo di recente nella pratica clinica.
Ora, i ricercatori di Skoltech e i loro colleghi svizzeri e cinesi sono riusciti a unire queste distinte tecniche di imaging ideando un agente di contrasto universale, un farmaco iniettabile che funziona contemporaneamente con tutti e tre gli approcci. Il nuovo agente potrebbe rendere la diagnostica più rapida e accurata, riducendo al contempo i costi dell'esame, il numero di iniezioni e il dosaggio necessario.
Oltre a consentire la visualizzazione ad alto contrasto, le "microbolle caricate" del team potrebbero anche essere utilizzate in futuro per somministrare farmaci nel cervello di un paziente affetto da morbo di Parkinson o da un tumore. I risultati sono riportati in Recensioni su laser e fotonica .
I ricercatori hanno utilizzato una tecnologia nota come deposizione strato per strato per creare microbolle caricate con colorante verde indocianina e nanoparticelle di magnetite. Il colorante può assorbire la luce ed emettere onde sonore rilevabili, ecco come funziona l'optoacustica. E le nanoparticelle di magnetite, un ossido di ferro, migliorano il contrasto durante gli esami MRI. Le bolle stesse fungono da agente di contrasto per gli studi sugli ultrasuoni e, poiché sono riempite di liquido, una nanogoccia di perfluoropentano, anziché di gas, si ottiene una maggiore stabilità.
Il team ha effettuato esperimenti sui topi e si è assicurato che le microbolle mostrassero contrasto in tutte e tre le modalità di imaging medico. I test di citotossicità hanno dimostrato che l'agente è biocompatibile.
"I singoli agenti di contrasto utilizzati in una determinata tecnica di imaging hanno i loro vantaggi, ma mettendoli insieme li rendiamo complementari. Ciò si traduce, tra le altre cose, in una maggiore sensibilità e una migliore risoluzione dell'immagine. E riduciamo l'invasività, perché dove prima erano necessarie tre iniezioni separate, ora ne basta una sola," ha affermato uno dei due autori principali dello studio, Daniil Nozdriukhin.
"Inoltre, con le microbolle, i tempi di circolazione sia delle nanoparticelle che del colorante nel corpo sono molto più lunghi, il che significa che c'è più tempo per ottenere un'immagine di alta qualità. La stabilità e la longevità delle bolle dal nucleo liquido sono un vantaggio ulteriore vantaggio in più."
Un'ulteriore applicazione provvisoria del nuovo mezzo di contrasto è la risonanza magnetica e l'imaging optoacustico del cervello. Il problema con la visualizzazione del cervello è che la cosiddetta barriera ematoencefalica consente solo a poche molecole selezionate dal flusso sanguigno di entrare nel cervello:ossigeno, sostanze nutritive, ormoni, ecc.
La barriera esclude ogni sorta di germi e molecole di grandi dimensioni, compresi gli agenti di contrasto e la maggior parte dei farmaci. Può essere aperto generando bolle di gas all'interno dei vasi sanguigni con gli ultrasuoni. Ciò, tuttavia, danneggia il tessuto circostante. Fortunatamente, è possibile accontentarsi di un'intensità molto inferiore utilizzando gli ultrasuoni focalizzati sulle microbolle, ed è qui che entra in gioco l'agente di contrasto multifunzionale del team.
"Con un unico agente che riunisce sia le microbolle sensibili agli ultrasuoni per l'apertura della barriera ematoencefalica sia i materiali di contrasto per la risonanza magnetica e l'imaging optoacustico, una singola iniezione sarà sufficiente per un esame del cervello e si otterrà l'ulteriore vantaggio di una circolazione prolungata in più," ha detto l'autrice principale dello studio, Elizaveta Maksimova.
"Inoltre, le microbolle con nucleo liquido possono resistere all'esposizione agli ultrasuoni senza scoppiare molto più a lungo rispetto alle tradizionali microbolle con nucleo di gas, mantenendo la barriera aperta per periodi di tempo prolungati in modo che la dose dell'agente di contrasto nell'iniezione possa essere abbassata. "
"Inoltre, una volta che si dispone di questo modo efficace e sicuro per aprire la barriera ematoencefalica, è possibile andare oltre la pura diagnostica e migliorare le bolle caricandole con un farmaco attraverso lo stesso approccio di deposizione strato per strato. Tale integrazione di terapie agenti e quelli utilizzati per la diagnostica sono noti come teranostici," ha aggiunto il ricercatore principale dello studio, il professor Dmitry Gorin, che dirige il laboratorio di biofotonica presso Skoltech Photonics.
"Questo approccio può essere applicato al trattamento mini-invasivo guidato dalla risonanza magnetica del glioblastoma [il tipo di cancro più aggressivo e più comune che ha origine nel cervello]."
Bolle riempite di perfluoropentano, un liquido a temperatura ambiente, vengono stabilizzate con una proteina e immerse in una serie di soluzioni acquose. Le particelle di ciascuna soluzione successiva si depositano come un guscio aggiuntivo sulla microbolla, a condizione che si alternino composti con particelle inorganiche o molecole organiche caricate positivamente e negativamente.
L'interazione elettrostatica tiene insieme i gusci. Nello studio riportato in questo articolo, gli strati depositati contenevano agenti di contrasto per la risonanza magnetica e l'imaging optoacustico, ma la stessa procedura può essere utilizzata con agenti terapeutici.
Ulteriori informazioni: Elizaveta A. Maksimova et al, Nanogocce di perfluoropentano con guscio polimerico multistrato per ultrasuoni multimodali, risonanza magnetica e imaging optoacustico, Recensioni su laser e fotonica (2023). DOI:10.1002/lpor.202300137
Fornito da Skolkovo Institute of Science and Technology
