Le Dr Mikhail Shapiro s'intéressait au développement d'agents d'imagerie à l'échelle nanométrique pour les ultrasons afin de permettre l'imagerie non invasive d'un éventail beaucoup plus large d'événements biologiques et biomédicaux dans le corps. Se tourner vers la nature pour s'inspirer, lui et ses collègues de Caltech et UC Berkeley, a réussi à créer le premier agent d'imagerie par ultrasons basé sur des structures contenant du gaz génétiquement codées.
L'équipe de Shapiro a utilisé des micro-organismes photosynthétiques qui forment des nanostructures de gaz appelées « vésicules de gaz, " que les chercheurs ont découvert étaient d'excellents agents d'imagerie pour les ultrasons, avec plusieurs propriétés uniques les rendant particulièrement utiles dans les applications biomédicales.
Cette nouvelle méthode de nanotechnologie ouvre la porte à une grande variété d'applications d'imagerie potentielles où la taille nanométrique est avantageuse, (par exemple., dans le marquage des cibles en dehors de la circulation sanguine), et pourrait avoir un impact significatif sur les ultrasons - l'une des modalités d'imagerie les plus utilisées en biomédecine.
Précédemment, la plupart des agents d'imagerie par ultrasons étaient basés sur de petites bulles de gaz, que les ultrasons peuvent détecter car ils ont une densité différente de celle de leur environnement et peuvent résonner avec les ondes sonores. Malheureusement, ces "microbulles" ne pouvaient être synthétisées qu'à des tailles de plusieurs microns (ou plus) en raison de leur physique fondamentale :plus vous essayiez de les rendre petites, moins ils devenaient stables. Par conséquent, ils étaient toujours confinés dans la circulation sanguine et ne pouvaient imager qu'un nombre limité de cibles biologiques.
Les chercheurs voulaient trouver un autre moyen de fabriquer des structures remplies de gaz qui pourraient être à l'échelle nanométrique. En particulier, certains micro-organismes photosynthétiques régulent leur flottabilité en formant à l'intérieur du corps cellulaire des nanostructures de gaz à coque protéique appelées « vésicules de gaz ». Ces structures interagissent avec le gaz d'une manière fondamentalement différente des microbulles, leur permettant d'avoir une taille nanométrique. Dans cette étude, ils ont découvert que les vésicules de gaz sont d'excellents agents d'imagerie pour les ultrasons.
Les chercheurs ont montré qu'ils étaient capables d'attacher facilement des biomolécules à la surface des vésicules de gaz pour permettre le ciblage. En outre, parce que ces structures sont codées comme des gènes, ils ont maintenant la possibilité de modifier ces gènes pour optimiser les propriétés ultrasonores des vésicules de gaz. Déjà l'équipe a montré que les vésicules de gaz de différentes espèces, dont la séquence génétique varie, présentent différentes propriétés qui peuvent être utilisées pour, par exemple, les distinguer les uns des autres sur une image échographique.
