Médicos e pesquisadores contam com imagens biomédicas para examinar a estrutura e a função dos tecidos vivos. Isso permite diagnósticos de doenças e experimentos que revelam os mecanismos por trás das patologias e as formas de tratá-las. As técnicas mais populares para imagens sem radiação são a ultrassonografia e a ressonância magnética. A optoacústica, por outro lado, é uma abordagem emergente promissora, introduzida apenas recentemente na prática clínica.



Agora, os investigadores da Skoltech e os seus colegas suíços e chineses conseguiram casar estas técnicas de imagem distintas através da criação de um agente de contraste universal – um medicamento injectável que funciona simultaneamente com todas as três abordagens. O novo agente poderia tornar o diagnóstico mais rápido e preciso, ao mesmo tempo que reduzia o custo do exame, o número de injeções e a dosagem necessária.

Além de permitir a visualização em alto contraste, as “microbolhas carregadas” da equipe poderão até ser usadas no futuro para administrar medicamentos no cérebro de um paciente com Parkinson ou tumor. As descobertas são relatadas em Revisões de Laser e Fotônica .

Os pesquisadores usaram uma tecnologia conhecida como deposição camada por camada para fazer microbolhas carregadas com corante verde de indocianina e nanopartículas de magnetita. O corante pode absorver luz e emitir ondas sonoras detectáveis, que é como funciona a optoacústica. E as nanopartículas de magnetita, um óxido de ferro, melhoram o contraste durante os exames de ressonância magnética. As próprias bolhas servem como agente de contraste para estudos de ultrassom e, como são preenchidas com líquido – uma nanogotícula de perfluoropentano – em vez de gás, é alcançada maior estabilidade.

A equipe realizou experimentos em ratos e certificou-se de que as microbolhas exibiam contraste em todos os três modos de imagem médica. Testes de citotoxicidade mostraram que o agente é biocompatível.

"Os agentes de contraste individuais usados ​​em qualquer técnica de imagem têm suas vantagens, mas ao reuni-los fazemos com que eles se complementem. Isso se traduz, entre outras coisas, em maior sensibilidade e melhor resolução de imagem. E reduzimos a invasividade, porque onde você costumava exigir três injeções separadas, agora você só precisa de uma", disse um dos dois principais autores do estudo, Daniil Nozdriukhin.

“Além disso, com as microbolhas, os tempos de circulação das nanopartículas e do corante no corpo são muito mais longos, o que significa que há mais tempo para obter uma imagem de alta qualidade. benefício adicional além disso."

Uma outra aplicação experimental do novo agente de contraste é a ressonância magnética e a imagem optoacústica do cérebro. O problema de visualizar o cérebro é que a chamada barreira hematoencefálica só permite que algumas moléculas selecionadas da corrente sanguínea entrem no cérebro:oxigênio, nutrientes, hormônios, etc.

A barreira impede a entrada de todos os tipos de germes e moléculas grandes, incluindo agentes de contraste e a maioria dos medicamentos. Ele pode ser aberto gerando bolhas de gás dentro dos vasos sanguíneos com ultrassom. Isto, no entanto, prejudica o tecido circundante. Felizmente, é possível se contentar com uma intensidade muito menor usando ultrassom focado em microbolhas, e é aí que entra o agente de contraste multifuncional da equipe.

"Com um agente reunindo as microbolhas, sensíveis ao ultrassom, para abrir a barreira hematoencefálica e os materiais de contraste para ressonância magnética e imagens optoacústicas, uma única injeção será suficiente para um exame cerebral, e você terá o benefício adicional de circulação prolongada na barganha", disse a principal autora do estudo, Elizaveta Maksimova.

"Além do mais, as microbolhas com núcleo líquido podem resistir à exposição ao ultrassom sem estourar por muito mais tempo do que as microbolhas convencionais com núcleo de gás, mantendo a barreira aberta por períodos prolongados de tempo para que a dose do agente de contraste na injeção possa ser reduzida. "

“Além disso, uma vez que você tenha essa maneira eficaz e segura de abrir a barreira hematoencefálica, você poderá ir além do diagnóstico puro e melhorar as bolhas carregando-as com um medicamento por meio da mesma abordagem de deposição camada por camada. agentes e aqueles usados ​​para diagnóstico são conhecidos como teranósticos", acrescentou o investigador principal do estudo, Professor Dmitry Gorin, que dirige o Laboratório de Biofotônica da Skoltech Photonics.

"Esta abordagem pode ser aplicada ao tratamento minimamente invasivo do glioblastoma guiado por ressonância magnética [o tipo de câncer mais agressivo e mais comum que se origina no cérebro]."

Como funciona a deposição camada por camada

Bolhas cheias de perfluoropentano – um líquido à temperatura ambiente – são estabilizadas com uma proteína e imersas em uma série de soluções aquosas. As partículas de cada solução sucessiva são depositadas como uma camada adicional na microbolha, desde que sejam alternados compostos com partículas inorgânicas ou moléculas orgânicas carregadas positiva e negativamente.

A interação eletrostática mantém as cascas unidas. No estudo relatado nesta história, as camadas depositadas continham agentes de contraste para ressonância magnética e imagens optoacústicas, mas o mesmo procedimento pode ser usado com agentes terapêuticos.

Mais informações: Elizaveta A. Maksimova et al, Multilayer Polymer Shell Perfluoropentane Nanodroplets for Multimodal Ultrasound, Magnetic Resonance, and Optoacoustic Imaging, Laser &Photonics Reviews (2023). DOI:10.1002/lpor.202300137
Fornecido pelo Instituto Skolkovo de Ciência e Tecnologia