Áreas de hipóxia, ou baixo oxigênio no tecido, são marcas registradas de cânceres de crescimento rápido e de bloqueios ou estreitamento dos vasos sanguíneos, como acidente vascular cerebral ou doença arterial periférica. Pesquisadores da Universidade de Illinois desenvolveram uma maneira de localizar pontos hipóxicos de forma não invasiva em tempo real.

Os pesquisadores desenvolveram um farol molecular sensível ao oxigênio que emite sinais de ultrassom em resposta à luz, um processo chamado de imagem fotoacústica - menos invasivo, resolução mais alta e método menos dispendioso do que o padrão clínico atual, que usa moléculas radioativas e varreduras de tomografia por emissão de pósitrons. Em um artigo publicado em Nature Communications , os pesquisadores demonstraram a capacidade da sonda de criar imagens de tumores hipóxicos e artérias contraídas em camundongos.

"Poderíamos dar a um médico uma visão tridimensional, visualização em tempo real do tecido para orientar os procedimentos cirúrgicos e planos de tratamento, "disse o professor de química Jefferson Chan, o líder do estudo. O aluno de graduação Hailey Knox e o professor de bioengenharia Wawrzyniec Lawrence Dobrucki foram co-autores do artigo.

"A capacidade de detectar isso de uma forma que não requeira cirurgia ou não dependa de métodos indiretos é realmente poderosa, porque você pode realmente ver enquanto está se desenvolvendo, "Chan disse.

Os métodos atuais para detectar a hipóxia no tecido podem apenas identificar a hipóxia crônica, e, portanto, não pode ajudar os médicos a encontrar cânceres agressivos ou condições agudas, como um derrame, que requerem intervenção imediata, Disse Chan. Tais métodos são limitados a procedimentos invasivos envolvendo grandes agulhas de eletrodo ou imagens indiretas com sondas radioativas, que tem os desafios adicionais de ativação e interferência fora do alvo.

As sondas moleculares desenvolvidas pelo grupo de Chan só se tornam ativas quando falta oxigênio. Quando animado pela luz, eles produzem um sinal de ultrassom, permitindo imagens 3-D diretas de áreas hipóxicas. Eles testaram o sistema em culturas de células, e depois em ratos vivos com câncer de mama e ratos com artérias contraídas nas pernas.

“O sistema que usamos neste estudo é um sistema pré-clínico para animais. No entanto, em um ambiente clínico, você pode pegar uma máquina de ultrassom normal e equipá-la com uma fonte de luz - você pode comprar LEDs por cerca de US $ 200 que são potentes o suficiente e seguros para aplicações clínicas, "Disse Chan. Os médicos administrariam as moléculas fotoacústicas ao paciente, seja por injeção em uma veia ou diretamente no local do tumor, em seguida, use a máquina de ultrassom modificada para visualizar a área de interesse.

Os pesquisadores descobriram que seu método fotoacústico pode detectar a hipóxia poucos minutos depois que a artéria de um camundongo foi contraída, mostrando a promessa de encontrar rapidamente locais de derrame ou coágulos sanguíneos em tecidos profundos. Nos ratos com câncer, as sondas habilitadas detalhadas, Imagem de ultrassom 3D de tumores hipóxicos.

"Nós sabemos que muitos tumores são hipóxicos, tantos novos tratamentos foram desenvolvidos que são ativados em condições de deficiência de oxigênio. Mas eles têm sido inconsistentes em ensaios clínicos, porque nem todos os tumores são hipóxicos, "Disse Chan." Isso dá aos cientistas e médicos uma maneira de examinar os tumores de forma não invasiva e determinar se o tumor de um paciente está hipóxico e se eles seriam um bom candidato para um novo medicamento. Se o tumor não parecer muito hipóxico, eles devem entrar em um plano de tratamento diferente. "

Outra vantagem é o baixo custo de produção das moléculas e sua longa vida útil, disseram os pesquisadores. Eles podem permanecer estáveis ​​por anos, enquanto as moléculas radioativas devem ser usadas logo após a fabricação e requerem treinamento especial para o uso.

O grupo de Chan está explorando outros tipos de moléculas fotoacústicas que poderiam gerar imagens em outras condições. Por exemplo, eles estão trabalhando em sondas que podem detectar cânceres específicos para que possam encontrar qualquer lugar onde o câncer se espalhou ou metastatizou no corpo de um paciente.

"Você não só pode detectar um câncer e descobrir suas propriedades, mas tem muitos caminhos para cuidar do paciente. Podemos olhar para todo o iceberg em vez da ponta do iceberg, "Chan disse.