El Dr. Mikhail Shapiro estaba interesado en desarrollar agentes de imágenes a nanoescala para ultrasonido que permitan obtener imágenes no invasivas de una gama mucho más amplia de eventos biológicos y biomédicos en el cuerpo. Recurriendo a la naturaleza en busca de inspiración, él y sus colegas de Caltech y UC Berkeley, creó con éxito el primer agente de imágenes por ultrasonido basado en estructuras que contienen gas codificadas genéticamente.

El equipo de Shapiro utilizó microorganismos fotosintéticos que forman nanoestructuras de gas llamadas "vesículas de gas, "que los investigadores descubrieron que eran excelentes agentes de imagen para ultrasonido, con varias propiedades únicas que los hacen especialmente útiles en aplicaciones biomédicas.

Este nuevo método de nanotecnología abre la puerta a una amplia variedad de posibles aplicaciones de imágenes donde el tamaño nanométrico es ventajoso. (p.ej., en el etiquetado de objetivos fuera del torrente sanguíneo), y podría tener un impacto significativo en los ultrasonidos, una de las modalidades de imágenes más utilizadas en biomedicina.

Previamente, la mayoría de los agentes de imágenes por ultrasonido se basaban en pequeñas burbujas de gas, que el ultrasonido puede detectar porque tienen una densidad diferente a la de su entorno y pueden resonar con ondas sonoras. Desafortunadamente, estas "microburbujas" solo podían sintetizarse en tamaños de varios micrones (o más) debido a su física fundamental:cuanto más pequeñas intentabas hacerlas, cuanto menos estables se volvían. Como resultado, siempre estaban confinados al torrente sanguíneo y solo podían obtener imágenes de un número limitado de objetivos biológicos.

Los investigadores querían encontrar otra forma de hacer estructuras llenas de gas que pudieran ser a nanoescala. En particular, ciertos microorganismos fotosintéticos regulan su flotabilidad formando nanoestructuras de gas con cáscara de proteínas llamadas "vesículas de gas" dentro del cuerpo celular. Estas estructuras interactúan con el gas de una manera fundamentalmente diferente a las microburbujas, permitiéndoles tener un tamaño nanométrico. En este estudio, descubrieron que las vesículas de gas son excelentes agentes de imagen para ultrasonido.

Los investigadores demostraron que podían unir fácilmente biomoléculas a la superficie de la vesícula de gas para permitir la orientación. Además, porque estas estructuras están codificadas como genes, ahora tienen la oportunidad de modificar estos genes para optimizar las propiedades de ultrasonido de las vesículas de gas. El equipo ya ha demostrado que las vesículas de gas de diferentes especies, que varían en secuencia genética, exhiben diferentes propiedades que se pueden utilizar para, por ejemplo, distinguirlos entre sí en una imagen de ultrasonido.