Si on vous a donné des "ultrasons" dans un jeu d'association de mots, « onde sonore » pourrait facilement venir à l'esprit. Mais ces dernières années, un nouveau terme a fait surface :les bulles. Ces éphémères, les formes globulaires s'avèrent utiles pour améliorer l'imagerie médicale, détection de maladies et administration ciblée de médicaments. Il n'y a qu'un seul problème :les bulles s'éteignent peu de temps après l'injection dans la circulation sanguine.

Maintenant, après 10 ans de travail, une équipe de recherche multidisciplinaire a construit une meilleure bulle. Leurs nouvelles formulations ont abouti à des bulles à l'échelle nanométrique avec des coques extérieures personnalisables, si petites et durables qu'elles peuvent se déplacer et pénétrer dans certaines des zones les plus inaccessibles du corps humain.

L'ouvrage est une collaboration entre Al C. de Leon et les co-auteurs, sous la supervision d'Agata A. Exner du Département de radiologie de la Case Western Reserve University School of Medicine à Cleveland et Amin Jafari Sojahrood sous la supervision de Michael Kolios du Département de physique de l'Université Ryerson et de l'Institute for Biomedical Engineering, Science et technologie (iBEST) à Toronto. Leurs résultats ont été récemment publiés dans ACS Nano , dans un article intitulé "Towards Precisely Controllable Acoustic Response of Shell-Stabilised Nanobubbles:High-Yield and Narrow-Dispersity".

"L'avancement peut éventuellement conduire à des images échographiques plus claires, " dit Kolios. " Mais plus largement, nos découvertes théoriques et expérimentales conjointes fournissent un cadre fondamental qui aidera à établir des nanobulles pour des applications en imagerie biomédicale et potentiellement dans d'autres domaines, de la science des matériaux au nettoyage et au mélange des surfaces."

Bulles en échographie :réduction à l'échelle nanométrique

L'échographie est la deuxième modalité d'imagerie médicale la plus utilisée dans le monde. Comme pour les autres modalités, un patient peut avaler ou recevoir une injection d'un agent pour créer un contraste d'image, rendant ainsi les structures corporelles ou les fluides plus faciles à voir.

Avec l'échographie, les bulles servent d'agent de contraste. Ces globes remplis de gaz sont entourés d'une coquille phospholipidique. Le contraste est généré lorsque les ondes ultrasonores interagissent avec les bulles, les faisant osciller et réfléchir des ondes sonores qui diffèrent considérablement des ondes réfléchies par les tissus corporels. Les bulles sont utilisées en routine chez les patients pour améliorer la qualité de l'image et améliorer la détection des maladies. Mais en raison de leur taille (à peu près la même que les globules rouges), les microbulles sont confinées à la circulation dans les vaisseaux sanguins, et ne peut pas atteindre les tissus malades à l'extérieur.

"Notre équipe de recherche au CWRU a maintenant conçu une stabilité, bulles à longue circulation à l'échelle nanométrique - mesurant 100-500 nm de diamètre, ", dit Exner. "Ils sont capables de se faufiler même à travers le système vasculaire qui fuit des tumeurs cancéreuses."

Avec de telles capacités, les nanobulles sont bien adaptées à des applications plus fines telles que l'imagerie moléculaire et l'administration ciblée de médicaments. En collaboration avec l'équipe Ryerson, les chercheurs ont développé une meilleure compréhension de la théorie de la visualisation des nanobulles par ultrasons, et quelles techniques d'imagerie sont nécessaires pour mieux visualiser les bulles dans le corps.

Contrôler le comportement des nanobulles

Mis à part les problèmes de taille, les bulles sont aussi des oscillateurs complexes, présentant des comportements difficiles à contrôler. Dans les travaux en cours, l'équipe de recherche a également mis au point un moyen de contrôler et de prédire avec précision comment les bulles interagissent avec les ultrasons et réagissent acoustiquement aux ultrasons.

"En introduisant des additifs membranaires dans nos formulations de bulles, nous avons démontré la capacité de contrôler la rigidité (ou la flexibilité) des coquilles de bulles, " dit de Leon. " Les formulations de bulles peuvent ensuite être personnalisées pour répondre aux besoins particuliers de différentes applications. "

Par exemple, plus rigide, les conceptions de bulles stables peuvent durer assez longtemps pour atteindre les tissus corporels difficiles d'accès. Des bulles plus douces peuvent produire des images échographiques plus claires de certains types de tissus corporels. L'oscillation des bulles pourrait même être modifiée pour augmenter la perméabilité cellulaire, augmentant potentiellement l'administration de médicaments aux cellules malades, ce qui peut à son tour diminuer la dose requise.

Les patients, les Bénéficiaires Ultimes

Ayant démontré avec succès la capacité de personnaliser les propriétés des coques à bulles et leur interaction avec les ondes sonores, les travaux en cours ont des implications passionnantes pour la puissance des nanobulles, à la fois dans les applications diagnostiques et thérapeutiques.

Sojahrood voit de nombreux avantages potentiels, pour la biomédecine et pour les patients en clinique. "Par rapport à d'autres options d'imagerie ou de traitement, comme la chirurgie au scalpel, machines IRM encombrantes, ou le risque d'iode radioactif en tomodensitométrie, l'échographie pourrait être beaucoup plus rapide, moins cher, plus efficace et moins invasif, " dit-il. " En faisant avancer les ultrasons à travers les nanobulles, nous pourrions à terme rendre le diagnostic et le traitement plus disponibles et plus efficaces, même dans les régions les plus reculées du monde, en fin de compte, améliorant les résultats des patients et sauvant plus de vies."