Los médicos e investigadores confían en las imágenes biomédicas para examinar la estructura y función del tejido vivo. Esto permite realizar diagnósticos de enfermedades y experimentos que revelan los mecanismos detrás de las patologías y las formas de tratarlas. Las técnicas más populares para obtener imágenes sin radiación son la ecografía y la resonancia magnética. La optoacústica, por otro lado, es un enfoque emergente prometedor que se ha introducido recientemente en la práctica clínica.
Ahora, los investigadores de Skoltech y sus colegas suizos y chinos han logrado unir estas distintas técnicas de imagen mediante el diseño de un agente de contraste universal:un fármaco inyectable que funciona simultáneamente con los tres enfoques. El nuevo agente podría hacer que los diagnósticos sean más rápidos y precisos, al tiempo que reduce el costo de los exámenes, la cantidad de inyecciones y la dosis necesaria.
Además de permitir una visualización de alto contraste, las "microburbujas cargadas" del equipo podrían incluso usarse en el futuro para administrar medicamentos al cerebro de un paciente con Parkinson o un tumor. Los hallazgos se informan en Laser &Photonics Reviews. .
Los investigadores utilizaron una tecnología conocida como deposición capa por capa para crear microburbujas cargadas con tinte verde de indocianina y nanopartículas de magnetita. El tinte puede absorber la luz y emitir ondas sonoras detectables, que es como funciona la optoacústica. Y las nanopartículas de magnetita, un óxido de hierro, mejoran el contraste durante los exámenes de resonancia magnética. Las burbujas mismas sirven como agente de contraste para estudios de ultrasonido y, debido a que están llenas de líquido (una nanogota de perfluoropentano) en lugar de gas, se logra una mayor estabilidad.
El equipo llevó a cabo experimentos en ratones y se aseguró de que las microburbujas mostraran contraste en los tres modos de imágenes médicas. Las pruebas de citotoxicidad mostraron que el agente es biocompatible.
"Los agentes de contraste individuales utilizados en cualquier técnica de imagen tienen sus ventajas, pero al reunirlos hacemos que se complementen entre sí. Esto se traduce, entre otras cosas, en una mayor sensibilidad y una mejor resolución de imagen. Y reducimos la invasividad, porque donde Antes se necesitaban tres inyecciones separadas, ahora sólo se necesita una", dijo uno de los dos autores principales del estudio, Daniil Nozdriukhin.
"Además, con las microburbujas, los tiempos de circulación tanto de las nanopartículas como del tinte en el cuerpo son mucho más largos, lo que significa que hay más tiempo para obtener una imagen de alta calidad. La estabilidad y longevidad de las burbujas de núcleo líquido es un beneficio adicional además de eso."
Otra aplicación provisional del nuevo medio de contraste es la resonancia magnética y la obtención de imágenes optoacústicas del cerebro. El problema de visualizar el cerebro es que la llamada barrera hematoencefálica sólo permite que unas pocas moléculas seleccionadas del torrente sanguíneo entren al cerebro:oxígeno, nutrientes, hormonas, etc.
La barrera excluye todo tipo de gérmenes y moléculas grandes, incluidos los agentes de contraste y la mayoría de los medicamentos. Se puede abrir generando burbujas de gas dentro de los vasos sanguíneos con ultrasonido. Sin embargo, esto daña el tejido circundante. Afortunadamente, es posible arreglárselas con una intensidad mucho menor mediante el uso de ultrasonido enfocado en microburbujas, y aquí es donde entra en juego el agente de contraste multifuncional del equipo.
"Con un solo agente que reúne las microburbujas, sensibles a los ultrasonidos, para abrir la barrera hematoencefálica y los materiales de contraste para la resonancia magnética y las imágenes optoacústicas, una sola inyección será suficiente para un examen cerebral y se obtendrá el beneficio adicional de una circulación extendida. Además," afirmó la autora principal del estudio, Elizaveta Maksimova.
"Es más, las microburbujas de núcleo líquido pueden resistir la exposición a los ultrasonidos sin estallar durante mucho más tiempo que las microburbujas de núcleo de gas convencionales, manteniendo la barrera abierta durante períodos prolongados de tiempo para que se pueda reducir la dosis del agente de contraste en la inyección. "
"Además, una vez que se tenga esta forma efectiva y segura de abrir la barrera hematoencefálica, se puede ir más allá del diagnóstico puro y mejorar las burbujas cargándolas con un medicamento mediante el mismo método de deposición capa por capa. Tal integración de terapia Los agentes químicos y los utilizados para el diagnóstico se conocen como teranósticos", añadió el investigador principal del estudio, el profesor Dmitry Gorin, que dirige el laboratorio de biofotónica de Skoltech Photonics.
"Este enfoque se puede aplicar al tratamiento mínimamente invasivo guiado por resonancia magnética del glioblastoma [el tipo de cáncer más agresivo y común que se origina en el cerebro]".
Las burbujas llenas de perfluoropentano (un líquido a temperatura ambiente) se estabilizan con una proteína y se sumergen en una serie de soluciones acuosas. Las partículas de cada solución sucesiva se depositan como una capa adicional sobre la microburbuja, siempre que se alternen compuestos con partículas inorgánicas o moléculas orgánicas cargadas positiva y negativamente.
La interacción electrostática mantiene unidas las capas. En el estudio que se informa en esta historia, las capas depositadas contenían agentes de contraste para resonancia magnética e imágenes optoacústicas, pero se puede utilizar el mismo procedimiento con agentes terapéuticos.
Más información: Elizaveta A. Maksimova et al, Nanogotitas de perfluoropentano con cubierta de polímero multicapa para ultrasonido multimodal, resonancia magnética e imágenes optoacústicas, Reseñas de láser y fotónica (2023). DOI:10.1002/lpor.202300137
Proporcionado por el Instituto de Ciencia y Tecnología de Skolkovo
