p A imagem de ultrassom é usada em todo o mundo para ajudar a visualizar bebês em desenvolvimento e diagnosticar doenças. As ondas sonoras ricocheteiam nos tecidos, revelando suas diferentes densidades e formas. O próximo passo na tecnologia de ultrassom é gerar imagens não apenas da anatomia, mas células e moléculas específicas mais profundas do corpo, como aqueles associados a tumores ou bactérias em nosso intestino. p Um novo estudo da Caltech descreve como as técnicas de engenharia de proteínas podem ajudar a atingir esse marco. Os pesquisadores projetaram nanoestruturas com casca de proteína chamadas vesículas de gás - que refletem as ondas sonoras - para exibir novas propriedades úteis para as tecnologias de ultrassom. No futuro, essas vesículas de gás podem ser administradas a um paciente para visualizar os tecidos de interesse. As vesículas de gás modificadas foram mostradas para:emitir sinais mais distintos, tornando-os mais fáceis de visualizar; almeje tipos de células específicos; e ajudar a criar imagens coloridas de ultrassom.

p "É algo como a engenharia com Legos moleculares, "diz o professor assistente de engenharia química e investigador principal do patrimônio, Mikhail Shapiro, quem é o autor sênior de um novo artigo sobre a pesquisa publicado na edição deste mês da revista ACS Nano e destaque na capa do jornal. "Podemos trocar diferentes 'pedaços' de proteínas na superfície das vesículas de gás para alterar suas propriedades de direcionamento e visualizar várias moléculas em cores diferentes."

p "Hoje, ultrassom é principalmente anatômico, "diz Anupama Lakshmanan, estudante de pós-graduação no laboratório de Shapiro e principal autor do estudo. "Queremos baixá-lo ao nível molecular e celular."

p Em 2014, Shapiro descobriu pela primeira vez o uso potencial de vesículas de gás em imagens de ultrassom. Essas estruturas cheias de gás ocorrem naturalmente em organismos unicelulares que vivem na água, como Anabaena flos-aquae, uma espécie de cianobactéria que forma aglomerados filamentosos de cadeias multicelulares. As vesículas de gás ajudam os organismos a controlar o quanto eles flutuam e, portanto, sua exposição à luz solar na superfície da água. Shapiro percebeu que as vesículas refletem prontamente as ondas sonoras durante a imagem de ultrassom, e finalmente demonstrou isso usando ratos.

p Na última pesquisa, Shapiro e sua equipe decidiram dar às vesículas de gás novas propriedades por meio da engenharia da proteína C da vesícula de gás, ou GvpC, uma proteína encontrada naturalmente na superfície das vesículas que lhes dá resistência mecânica e evita que entrem em colapso. A proteína pode ser projetada para ter tamanhos diferentes, com versões mais longas da proteína produzindo nanoestruturas mais fortes e rígidas.

p "As proteínas são como as hastes da fuselagem de um avião. Você as usa para determinar a mecânica da estrutura." Shapiro diz.

p Em um experimento, os cientistas removeram a proteína fortalecedora das vesículas de gás e, em seguida, administraram as vesículas modificadas a camundongos e realizaram imagens de ultrassom. Em comparação com vesículas normais, as vesículas modificadas vibraram mais em resposta às ondas sonoras, e, portanto, ressoou com frequências harmônicas. Harmônicos são criados quando as ondas sonoras refletem, por exemplo em um violino, e formar novas ondas com frequências duplicadas e triplicadas. Harmônicos não são criados prontamente em tecidos naturais, fazendo com que as vesículas se destaquem nas imagens de ultrassom.

p Em outro conjunto de experimentos, os pesquisadores demonstraram como as vesículas de gás podem ser feitas para atingir certos tecidos do corpo. Eles criaram geneticamente as vesículas para exibir vários alvos celulares, como uma sequência de aminoácidos que reconhece proteínas chamadas integrinas que são superproduzidas nas células tumorais.

p "Adicionar essas funcionalidades às vesículas de gás é como encaixar uma nova peça de Lego; é um sistema modular, "diz Shapiro.

p A equipe também mostrou como imagens multicoloridas de ultrassom podem ser criadas. As imagens de ultrassom convencionais aparecem em preto e branco. O grupo de Shapiro criou uma abordagem para obter imagens de três tipos diferentes de vesículas de gás como "cores" separadas com base em sua capacidade diferencial de resistir ao colapso sob pressão. As próprias vesículas não aparecem em cores diferentes, mas podem receber cores com base em suas propriedades diferentes.

p Para demonstrar isso, a equipe fez três versões diferentes das vesículas com diferentes intensidades da proteína GvpC. Eles então aumentaram as pressões de ultrassom, fazendo com que as populações variantes entrem em colapso sucessivamente uma por uma. À medida que cada população entrava em colapso, o sinal de ultrassom geral diminuiu em proporção à quantidade dessa variante na amostra, e essa mudança de sinal foi então mapeada para uma cor específica. No futuro, se cada população variante visasse a um tipo específico de célula, os pesquisadores seriam capazes de visualizar as células em várias cores.

p "Você pode ser capaz de ver as células tumorais contra as células imunológicas que atacam o tumor, e, assim, monitorar o progresso de um tratamento médico, "diz Shapiro.