Mais de sete anos atrás Albert J. Sinusas, MD, um professor de medicina, radiologia, e engenharia biomédica, estava trabalhando com uma equipe de engenheiros para o desenvolvimento de um polímero passível de imagem para prevenção de remodelação adversa após um ataque cardíaco quando eles descobriram inadvertidamente que, quando o iodo, um agente de contraste usado para imagens de raios-X, é embalado em uma nanopartícula, há uma maior absorção de raios-X, melhorando potencialmente a visibilidade.

No desenvolvimento deste novo conceito Sinusas, que dirige o Yale Translational Research Imaging Center (Y-TRIC), virou-se para Tarek Fahmy, Ph.D., um professor associado de engenharia biomédica e Dongin (Donoven) Kim, Ph.D., agora um professor assistente da Universidade de Oklahoma, e um dos primeiros trainees Y-TRIC apoiado por uma bolsa NIH T32 para treinamento em imagem cardiovascular multimodal molecular e translacional, que acaba de ser renovado por mais cinco anos de financiamento.

A equipe de pesquisa liderada por Yale descobriu que, quando embalado em uma nanopartícula, Agentes de contraste de TC, como iodo, aumentou a absorção de raios-X em quase uma ordem de magnitude, melhorando assim a sensibilidade para imagem e caracterização da doença e potencialmente reduzindo a toxicidade em comparação com os agentes de contraste convencionais. Sinusas e a equipe de engenheiros obtiveram uma patente para este conceito no início deste ano em 26 de janeiro, 2021.

"Descobrimos que quando os agentes de contraste são feitos para" aglomerar "ou agrupar em nanoescala (algumas centenas de nanômetros), isso aumenta a magnitude geral do contraste de uma maneira não linear, o que em suma significava que o espalhamento das ondas eletromagnéticas foi amplificado. Também descobrimos que este não era simplesmente um efeito de aprimoramento de raios-X, mas um efeito de onda eletromagnética geral, significando ondas ópticas, ondas de rádio, e outros foram aprimorados, "disse Fahmy.

Acredita-se que uma nanopartícula tenha menos de 200 nanômetros de tamanho. Quando essas minúsculas partículas são embaladas com iodo, eles cumprem um papel essencial em imagens médicas de tomografia computadorizada (TC). As tomografias dependem de raios-X processados ​​por computador e têm amplas aplicações em imagens médicas. Contudo, os pesquisadores concordam que esta ferramenta de diagnóstico também carrega um risco de longo prazo de desenvolver cânceres secundários devido à radiação ionizante. Compostos à base de iodo comumente usados ​​em conjunto com imagens de raios-X podem levar ao agravamento da função renal em pacientes com insuficiência renal. Portanto, o uso de uma configuração melhorada desses agentes de contraste pode permitir imagens diagnósticas com menos radiação e uma concentração mais baixa do contraste, reduzindo a toxicidade geral.

Quando fechado ou confinado em nanopartículas, o agente de contraste demonstrou características diferentes que aumentaram o contraste da TC e melhoraram a imagem. Mais raios-X podem ser absorvidos, o que reduziria a toxicidade associada a altas concentrações desses agentes de contraste. Os agentes são feitos de fração ou polímeros que fornecem circulação prolongada e permeação vascular mínima, e tempos de retenção potencialmente prolongados quando aplicados no músculo cardíaco para melhorar o reparo após a lesão.

Benefícios:

1. Sensibilidade aprimorada:o aumento da absorção de raios-X leva a um aumento da sensibilidade para detecção de contraste, facilitando a imagem com alvo molecular.
2. Menor chance de toxicidade:com maior sensibilidade, permite o uso de menos toxicidade de redução de iodo
3. Integração com nanomateriais aprovados pela FDA:Com a incorporação de iodo em polímeros aprovados pela FDA, há uma chance maior de comercialização.

Explorando as capacidades diagnósticas e terapêuticas de scanners de imagens médicas

Sinusas é autor de mais de 250 publicações revisadas por pares e recebeu várias patentes relacionadas à imagem cardiovascular multimodal. Em 7 de janeiro, 2020 Sinusas recebeu outra patente para um sistema baseado em cateter com uma agulha retrátil que ele desenvolveu com Farhad Daghighian, Ph.D., como um método minimamente invasivo para detectar radiotraçadores com alvo molecular usados ​​para varredura de tomografia por emissão de pósitrons (PET). Esta tecnologia baseada em cateter pode ser usada para orientar a distribuição de polímeros teranósticos iodados para prevenção da remodelação adversa após um ataque cardíaco.

Sinusas e John Stendahl, MD, Ph.D., também um ex-trainee T32, agora estão testando as aplicações de agentes de contraste à base de moléculas para melhorar a imagem de stents bioreabsorvíveis, e outras tecnologias de imagem futuras, para detecção de doença em estágio inicial e orientação terapêutica.

Recentemente, Kim foi co-autora de um artigo que examinou as vantagens do nanoconfinamento. O manuscrito "Teranóstica do câncer mediada por nanoconfinamento, "foi publicado em 27 de janeiro no Arquivos de pesquisa farmacêutica .