Si le dieron "ultrasonido" en un juego de asociación de palabras, "onda de sonido" fácilmente podría venir a la mente. Pero en los últimos años ha surgido un nuevo término:burbujas. Esos efímeros, las formas globulares están demostrando ser útiles para mejorar las imágenes médicas, detección de enfermedades y administración de fármacos dirigida. Solo hay una falla:las burbujas desaparecen poco después de la inyección en el torrente sanguíneo.

Ahora, después de 10 años de trabajo, un equipo de investigación multidisciplinario ha construido una burbuja mejor. Sus nuevas formulaciones han dado como resultado burbujas a nanoescala con capas externas personalizables, tan pequeñas y duraderas que pueden viajar y penetrar en algunas de las áreas más inaccesibles del cuerpo humano.

El trabajo es una colaboración entre Al C. de Leon y coautores, bajo la supervisión de Agata A. Exner del Departamento de Radiología de la Facultad de Medicina de la Universidad Case Western Reserve en Cleveland y Amin Jafari Sojahrood bajo la supervisión de Michael Kolios del Departamento de Física de la Universidad de Ryerson y el Instituto de Ingeniería Biomédica, Ciencia y Tecnología (iBEST) en Toronto. Sus resultados fueron publicados recientemente en ACS Nano , en un artículo titulado "Hacia una respuesta acústica controlable con precisión de nanoburbujas estabilizadas con caparazón:alto rendimiento y dispersión estrecha".

"El avance eventualmente puede conducir a imágenes de ultrasonido más claras, ", dice Kolios". Pero, en términos más generales, Nuestros hallazgos teóricos y experimentales conjuntos proporcionan un marco fundamental que ayudará a establecer nanoburbujas para aplicaciones en imágenes biomédicas y, potencialmente, en otros campos. desde la ciencia de los materiales hasta la limpieza y mezcla de superficies ".

Burbujas en ultrasonido:encogiéndose a nanoescala

El ultrasonido es la segunda modalidad de imagenología médica más utilizada en el mundo. Como ocurre con otras modalidades, un paciente puede tragar o ser inyectado con un agente para crear contraste en la imagen, por lo tanto, las estructuras corporales o los fluidos son más fáciles de ver.

Con ultrasonido, las burbujas sirven como agente de contraste. Estos globos llenos de gas están encerrados por una capa de fosfolípidos. El contraste se genera cuando las ondas de ultrasonido interactúan con las burbujas, haciendo que oscilen y reflejen ondas sonoras que difieren significativamente de las ondas reflejadas por los tejidos corporales. Las burbujas se utilizan de forma rutinaria en pacientes para mejorar la calidad de la imagen y mejorar la detección de enfermedades. Pero debido a su tamaño (aproximadamente el mismo que el de los glóbulos rojos), las microburbujas se limitan a circular en los vasos sanguíneos, y no puede alcanzar el tejido enfermo en el exterior.

"Nuestro equipo de investigación en CWRU ahora se diseñó estable, burbujas de larga circulación a nanoescala, que miden entre 100 y 500 nm de diámetro, "dice Exner." Son para que incluso puedan atravesar la vasculatura con fugas de los tumores cancerosos ".

Con tales capacidades, Las nanoburbujas son adecuadas para aplicaciones más finas, como imágenes moleculares y administración de fármacos dirigida. Trabajando junto con el equipo de Ryerson, los investigadores han desarrollado una comprensión más clara de la teoría de cómo se visualizan las nanoburbujas con ultrasonido, y qué técnicas de imagen son necesarias para visualizar mejor las burbujas en el cuerpo.

Controlar el comportamiento de las nanoburbujas

Dejando a un lado las cuestiones de tamaño, Las burbujas también son osciladores complejos, exhibir comportamientos que son difíciles de controlar. En el trabajo actual, El equipo de investigación también ideó una forma de controlar y predecir con precisión cómo las burbujas interactúan y responden acústicamente a los ultrasonidos.

"Al introducir aditivos para membranas en nuestras formulaciones de burbujas, demostramos la capacidad de controlar qué tan rígidas (o qué tan flexibles) se vuelven las conchas de las burbujas, ", dice De Leon." Las formulaciones de burbujas se pueden personalizar para satisfacer las necesidades particulares de diferentes aplicaciones ".

Por ejemplo, más rígido Los diseños de burbujas estables pueden durar lo suficiente para llegar a los tejidos corporales de difícil acceso. Las burbujas más suaves pueden producir imágenes de ultrasonido más claras de ciertos tipos de tejido corporal. La oscilación de la burbuja incluso podría modificarse para aumentar la permeabilidad celular, potencialmente aumentando la administración de fármacos a las células enfermas, lo que a su vez puede disminuir la dosis requerida.

Pacientes los Beneficiarios Últimos

Habiendo demostrado con éxito la capacidad de personalizar las propiedades de la cáscara de las burbujas y su interacción con las ondas sonoras, El trabajo actual tiene implicaciones interesantes para la potencia de las nanoburbujas, tanto en aplicaciones diagnósticas como terapéuticas.

Sojahrood ve muchos beneficios potenciales, para biomedicina y para pacientes en clínica. "En comparación con otras opciones de tratamiento o imágenes, como la cirugía con bisturí, maquinaria voluminosa de resonancia magnética, o el riesgo de yodo radiactivo en las tomografías computarizadas, el ultrasonido podría ser mucho más rápido, más económico, más eficaz y menos invasivo, ", dice." Al hacer avanzar el ultrasonido a través de nanoburbujas, eventualmente podríamos hacer que el diagnóstico y el tratamiento estén más disponibles y sean más efectivos, incluso en áreas más remotas del mundo, en última instancia, mejorar los resultados de los pacientes y salvar más vidas ".