Las imágenes fotoacústicas son una técnica innovadora para detectar tumores dentro de las células vivas con la ayuda de compuestos absorbentes de luz conocidos como agentes de contraste. Los investigadores de A * STAR han descubierto ahora una forma de mejorar la eficacia de la focalización y la actividad óptica de los agentes de contraste específicos del cáncer de mama utilizando nanopartículas de polímero conjugado.

La generación de señales fotoacústicas requiere un pulso láser ultrarrápido para irradiar una pequeña área de tejido. Esto desencadena una serie de vibraciones moleculares que producen ondas de sonido ultrasónicas en la muestra. Al 'escuchar' las diferencias de presión creadas por las ondas acústicas, los investigadores pueden reconstruir y visualizar las estructuras internas de objetos complejos como el cerebro y los sistemas cardiovasculares.

El diagnóstico de cáncer con imágenes fotoacústicas requiere agentes de contraste que penetren profundamente en el tejido y se unan selectivamente a las células malignas. Además, necesitan una alta respuesta óptica a la luz láser del infrarrojo cercano, una región espectral que es particularmente segura para los materiales biológicos. Los agentes de contraste tradicionales se han basado en nanoestructuras de oro y plata, pero los complejos procedimientos químicos necesarios para ajustar ópticamente estos nanocompuestos han dejado a los investigadores en busca de alternativas.

Malini Olivo y sus colegas del Consorcio de Bioimagen de Singapur A * STAR y el Instituto de Investigación e Ingeniería de Materiales A * STAR investigaron diferentes agentes de contraste basados ​​en polímeros conjugados. Estas macromoléculas orgánicas, que contienen enlaces de carbono dobles y simples alternos, tienen electrones deslocalizados en sus estructuras que pueden producir propiedades ópticas útiles como la fotoluminiscencia. Los investigadores identificaron un polímero conjugado conocido como PFTTQ, un compuesto con múltiples anillos aromáticos, cadenas de alquilo, átomos de azufre y nitrógeno:como un agente fotoacústico in vivo prometedor debido a su estructura biocompatible y absorción de luz que alcanza su punto máximo en el rango del infrarrojo cercano.

Para dirigir este agente de contraste a las células cancerosas, el equipo sintetizó nanoestructuras similares a 'puntos' con un núcleo interno de PFTTQ rodeado por cadenas de polietilenglicol solubles en agua, terminada por una capa externa de moléculas de folato, una vitamina que se une específicamente a las proteínas receptoras de folato expresadas comúnmente por los tumores de cáncer de mama. Los experimentos con células de cáncer de mama modelo MCF-7 implantadas en ratones revelaron los méritos de este enfoque:en solo una hora después de administrar los puntos de polímero conjugado con folato, De las posiciones del tumor emergieron fuertes señales fotoacústicas. La funcionalidad del folato jugó un papel fundamental en este procedimiento de bioimagen, cuadruplicando las señales fotoacústicas en comparación con los puntos PFTTQ no modificados.

"Las nanopartículas de folato-PFTTQ tienen un gran potencial para diagnóstico por imagen y otras aplicaciones biomédicas, ", dice Olivo." Estamos trabajando para ampliar la biblioteca de polímeros biocompatibles para usar como agentes de contraste fotoacústicos moleculares ".