L’iniezione di farmaci nel flusso sanguigno può spesso danneggiare anche i tessuti sani. I sistemi di somministrazione dei farmaci (DDS) sono una soluzione innovativa progettata per colpire cellule specifiche e ridurre al minimo tali effetti collaterali. Una strategia per la somministrazione di farmaci che ha guadagnato costantemente terreno prevede una combinazione di microbolle e ultrasuoni.
Le microbolle sono piccole bolle piene di gas che possono essere caricate con farmaci o altri agenti terapeutici sulla loro superficie. Quando esposte alle onde ultrasoniche, queste microbolle iniziano ad oscillare e le vibrazioni che ne derivano rilasciano gradualmente il farmaco adsorbito nel punto irradiato. Sebbene questo fenomeno sia stato studiato in passato, gli esperimenti quantitativi su come le molecole vengono assorbite dalle microbolle in seguito all'irradiazione con ultrasuoni sono scarsi.
In un recente studio pubblicato il 22 agosto 2023 sulla rivista Scientific Reports , un gruppo di ricerca guidato dal professor Daisuke Koyama e dalla dottoranda Reina Kobayashi della Facoltà di Scienze e Ingegneria dell'Università di Doshisha, in Giappone, ha cercato di colmare questa lacuna di conoscenze.
Hanno progettato un apparato sperimentale innovativo per analizzare il desorbimento di un tensioattivo da singole microbolle. Il loro lavoro includeva anche il contributo della Dott.ssa Marie Pierre Krafft dell'Institut Charles Sadron (CNRS), Università di Strasburgo, Francia.
"In un DDS che utilizza ultrasuoni e microbolle, le microbolle contenenti farmaci o geni vengono iniettate nei vasi sanguigni in modo che le bolle possano essere assorbite dal tessuto bersaglio specificamente attraverso reazioni antigene-anticorpo. Il nostro metodo proposto e i risultati sperimentali possono prevedere la quantità di molecole desorbite dalle bolle ai vasi sanguigni," spiega il Prof. Koyama.
Il metodo proposto si basa sulla misurazione dell'angolo di contatto delle singole bolle poste su una lastra di vetro utilizzando una videocamera ad alta velocità. L'angolo di contatto, o l'angolo formato tra le superfici del solido e delle bolle nel punto di contatto, è strettamente correlato alla tensione superficiale della bolla.
A sua volta, la tensione superficiale dipende dalla quantità di tensioattivo (molecole di farmaco) sulla superficie della bolla. Pertanto, osservando l'angolo di contatto di una bolla sotto irradiazione ultrasonica, è possibile stimare la quantità di molecole desorbite a seguito delle vibrazioni indotte.
Per testare la loro metodologia, il team ha ideato un apparato sperimentale che combina una telecamera ad alta velocità con un microscopio a lunga distanza, una cella a ultrasuoni riempita di fluido, una lastra di vetro sottile e trasparente e un vibrometro laser Doppler (LDV) accoppiato con un CCD fotocamera.
Hanno posizionato con cura microbolle composte da gas arricchito con fluorocarburi e un lipide chiamato 1,2-dimiristoil-sn-glicero-3-fosfocolina (DMPC) sulla lastra di vetro. Mentre la telecamera ad alta velocità forniva dati in tempo reale sull'angolo di contatto della bolla, la telecamera LDV e CCD ha permesso alle ricerche di monitorare l'ampiezza delle oscillazioni indotte sulla bolla nonché il suo raggio.
Utilizzando questa configurazione, i ricercatori hanno misurato le caratteristiche di desorbimento per diverse dimensioni di bolle e concentrazioni di DMPC, rivelando importanti informazioni sul processo di desorbimento indotto dagli ultrasuoni. In particolare, hanno scoperto che le microbolle in condizioni di risonanza rilasciano molto rapidamente quantità significative di molecole adsorbite (>50%) nei mezzi circostanti.
Hanno anche dimostrato che il desorbimento indotto dagli ultrasuoni è un processo molto rapido, che inizia quasi immediatamente dopo l’irradiazione degli ultrasuoni e cessa altrettanto velocemente. Inoltre, hanno dimostrato che la quantità di desorbimento molecolare indotto dall'ultrasonicazione dipende dalla dimensione delle bolle, il che significa che le caratteristiche vibrazionali delle microbolle utilizzate nei DDS sono importanti per controllare il rilascio del farmaco.
Il metodo proposto potrebbe rivelarsi essenziale nella progettazione e nello sviluppo di DDS utilizzando ultrasuoni e microbolle. "Le quantità di farmaco rilasciate nei vasi sanguigni dei pazienti possono essere stimate quantitativamente utilizzando il nostro metodo, il che significa che le quantità ottimali di microbolle che trasportano il farmaco possono essere previste con precisione per le terapie farmacologiche vascolari", aggiunge il prof. Koyama. Somministrando solo la quantità necessaria di farmaco nel flusso sanguigno, gli effetti collaterali possono essere ridotti al minimo, migliorando i risultati dei pazienti e la qualità della vita.
Il team di ricerca prevede di esplorare ulteriormente il rilascio controllato del farmaco chiarendo la relazione tra la frequenza degli ultrasuoni, l'ampiezza della pressione sonora e la quantità di desorbimento molecolare nel loro lavoro futuro.
Ulteriori informazioni: Reina Kobayashi et al, Stima quantitativa delle molecole di fosfolipidi desorbite da una superficie di microbolle sotto irradiazione ultrasonica, Rapporti scientifici (2023). DOI:10.1038/s41598-023-40823-0
Informazioni sul giornale: Rapporti scientifici
Fornito dall'Università Doshisha
