Forskere gifter sig med MR, ultralyd og optoakustik for forbedrede medicinske undersøgelser
Læger og forskere er afhængige af biomedicinsk billeddannelse til at undersøge strukturen og funktionen af levende væv. Dette muliggør sygdomsdiagnostik og eksperimenter, der afslører mekanismerne bag patologier og måder at behandle dem på. De mest populære teknikker til strålingsfri billeddannelse er ultralyd og MR-scanninger. Optoakustik er på den anden side en lovende nye tilgang, der først for nylig er introduceret i klinisk praksis.
Nu har Skoltech-forskere og deres schweiziske og kinesiske kolleger formået at forene disse særskilte billedbehandlingsteknikker ved at udtænke et universelt kontrastmiddel - et injicerbart lægemiddel, der samtidigt virker med alle tre tilgange. Det nye middel kunne gøre diagnostik hurtigere og mere præcis, samtidig med at undersøgelsesomkostningerne, antallet af injektioner og den nødvendige dosis reduceres.
Udover at muliggøre visualisering med høj kontrast, kan holdets "ladede mikrobobler" endda bruges i fremtiden til at levere lægemidler ind i hjernen på en patient med Parkinsons eller en tumor. Resultaterne er rapporteret i Laser &Photonics Reviews .
Forskerne brugte en teknologi kendt som lag-for-lag-aflejring til at lave mikrobobler fyldt med indocyaningrønt farvestof og magnetitnanopartikler. Farvestoffet kan absorbere lys og udsende detekterbare lydbølger, hvilket er sådan optoakustik fungerer. Og nanopartiklerne af magnetit, et jernoxid, øger kontrasten under MRI-undersøgelser. Boblerne i sig selv tjener som kontrastmiddel til ultralydsundersøgelser, og fordi de er fyldt med væske - en nanodråbe af perfluorpentan - i stedet for gas, opnås øget stabilitet.
Holdet udførte eksperimenter på mus og sikrede sig, at mikroboblerne udviste kontrast i alle tre former for medicinsk billeddannelse. Cytotoksicitetstest viste, at midlet er biokompatibelt.
"De individuelle kontrastmidler, der bruges i enhver given billedbehandlingsteknik, har deres fordele, men ved at bringe dem sammen får vi dem til at komplementere hinanden. Det udmønter sig blandt andet i højere følsomhed og bedre billedopløsning. Og vi reducerer invasivitet, fordi hvor du plejede at kræve tre separate injektioner, nu har du kun brug for én," sagde en af undersøgelsens to hovedforfattere, Daniil Nozdriukhin.
"Med mikroboblerne er cirkulationstiderne for både nanopartiklerne og farvestoffet i kroppen meget længere, hvilket betyder, at der er mere tid til at få et billede af høj kvalitet. Stabiliteten og levetiden af væskekerneboblerne er en ekstra fordel oveni det."
En yderligere foreløbig anvendelse af det nye kontrastmiddel er magnetisk resonans og optoakustisk billeddannelse af hjernen. Problemet med at visualisere hjernen er, at den såkaldte blod-hjerne-barriere kun tillader nogle få udvalgte molekyler fra blodbanen at komme ind i hjernen:ilt, næringsstoffer, hormoner osv.
Barrieren udelukker alle slags bakterier og store molekyler, inklusive kontrastmidler og de fleste lægemidler. Det kan åbnes ved at generere gasbobler inde i blodkar med ultralyd. Dette skader dog det omgivende væv. Heldigvis er det muligt at nøjes med en meget lavere intensitet ved at bruge fokuseret ultralyd på mikrobobler, og det er her holdets multifunktionelle kontrastmiddel kommer ind i billedet.
"Med ét middel, der samler både mikroboblerne, følsomme over for ultralyd, til at åbne blod-hjerne-barrieren og kontrastmaterialerne til MR og optoakustisk billeddannelse, vil en enkelt injektion være tilstrækkelig til en hjerneundersøgelse, og du får den ekstra fordel ved udvidet cirkulation i købet," sagde hovedforfatter af undersøgelsen, Elizaveta Maksimova.
"Ydermere kan væskekerne-mikroboblerne modstå ultralydseksponering uden at sprænge i meget længere tid end de konventionelle gaskerne-mikrobobler og holder barrieren åben i længere tid, så dosis af kontrastmidlet i injektionen kan sænkes. "
"Også, når du har denne effektive og sikre måde at åbne blod-hjerne-barrieren på, kan du gå ud over ren diagnostik og forbedre boblerne ved at fylde dem med et lægemiddel via den samme lag-for-lag-aflejringstilgang. Sådan integration af terapeutiske midler og dem, der bruges til diagnostik, er kendt som terapeutiske midler," tilføjede undersøgelsens hovedforsker professor Dmitry Gorin, der leder Biophotonics Lab ved Skoltech Photonics.
"Denne tilgang kan anvendes til den MRI-guidede minimalt invasive behandling af glioblastom [den mest aggressive og mest almindelige type kræft, der stammer fra hjernen]."
Sådan fungerer lag-for-lag aflejring
Bobler fyldt med perfluorpentan - en væske ved stuetemperatur - stabiliseres med et protein og nedsænkes i en række vandopløsninger. Partiklerne fra hver efterfølgende opløsning afsættes som en ekstra skal på mikroboblen, forudsat at forbindelser med positivt og negativt ladede uorganiske partikler eller organiske molekyler veksles.
Den elektrostatiske vekselvirkning holder skallerne sammen. I undersøgelsen rapporteret i denne historie indeholdt de aflejrede lag kontrastmidler til MRI og optoakustisk billeddannelse, men den samme procedure kan bruges med terapeutiske midler.
Flere oplysninger: Elizaveta A. Maksimova et al., Multilayer Polymer Shell Perfluorpentane Nanodroplets til multimodal ultralyd, magnetisk resonans og optoakustisk billeddannelse, Laser &Photonics Reviews (2023). DOI:10.1002/lpor.202300137
Leveret af Skolkovo Institute of Science and Technology
Varme artikler
-
Billedbehandlingsmetodologi afslører nanopartikler i atomskala i tre dimensioner (m/ video)Dette er en grafisk repræsentation af en 3-D atomopløsningsskrueforskydning i en platinnanopartikel. Kredit:Chien-Chun Chen og I-Sheng Chou, UCLA Et team af forskere fra University of California, -
Mod praktiske kvantecomputere:Indbygget optik kunne muliggøre chips, der bruger fangede ioner som k…Forskere fra MIT og MIT Lincoln Laboratory rapporterer et vigtigt skridt i retning af praktiske kvantecomputere, med et papir, der beskriver en prototypechip, der kan fange ioner i et elektrisk felt o -
Nanosilicon splitter hurtigt vand uden lys, varme, eller elektricitetIllustration af den tværfaglige tilgang til fremstilling af brint gennem siliciumoxidation. Fremgangsmåden indebærer syntetisering af siliciumnanopartikler, silicium-vand-reaktionen, der genererer hyd -
Eliminering af resistente bakterier med nanopartiklerForskerne har udviklet nanopartikler (røde), der kan dræbe resistente bakterier (gule), der er inkorporeret af kroppens celler (farvet elektronmikroskopibillede). Kredit:Empa Nye nanopartikler udv
- Manipulering af jordrige materialer for at udnytte solens energi
- I tide til sommer:'forbundet' bikini fortæller dig, hvordan du skal solbrænde
- Amerikanske hedgefond fratager Telecom Italia kontrol fra Vivendi
- Miljø:Skift fra små til mellemstore plastikflasker kan reducere PET-affald
- Viden er en opdagelsesproces:Hvordan konstruktivismen ændrede uddannelse
- Airbus afslører banebrydende soldrevne droner