Des chercheurs et collègues de l'Université de Buffalo ont conçu une nanoparticule détectable par six techniques d'imagerie médicale. Cette illustration montre les particules lorsqu'elles sont frappées par des faisceaux d'énergie et émettent des signaux qui peuvent être détectés par les six méthodes :CT et PET scan, avec photoacoustique, fluorescence, conversion ascendante et imagerie par luminescence Cerenkov. Crédit :Jonathan Lovell
C'est une technologie si avancée que la machine capable de l'utiliser n'existe pas encore.
En utilisant deux pièces biocompatibles, Des chercheurs de l'Université de Buffalo et leurs collègues ont conçu une nanoparticule qui peut être détectée par six techniques d'imagerie médicale :
À l'avenir, les patients pourraient recevoir une seule injection de nanoparticules pour effectuer les six types d'imagerie.
Ce type d'imagerie « hypermodale » – s'il se concrétisait – donnerait aux médecins une image beaucoup plus claire des organes et des tissus des patients qu'une seule méthode ne pourrait le fournir. Cela pourrait aider les professionnels de la santé à diagnostiquer la maladie et à identifier les limites des tumeurs.
"Cette nanoparticule pourrait ouvrir la porte à de nouveaux systèmes d'imagerie 'hypermodaux' qui permettent d'obtenir de nombreuses informations nouvelles à l'aide d'un seul agent de contraste, " dit le chercheur Jonathan Lovell, Doctorat, Professeur assistant de l'UB en génie biomédical. « Une fois ces systèmes développés, un patient pourrait théoriquement passer un seul scan avec une seule machine au lieu de plusieurs scans avec plusieurs machines."
Lorsque Lovell et ses collègues ont utilisé les nanoparticules pour examiner les ganglions lymphatiques de souris, ils ont découvert que les tomodensitogrammes et TEP fournissaient la pénétration tissulaire la plus profonde, tandis que l'imagerie photoacoustique a montré des détails sur les vaisseaux sanguins que les deux premières techniques n'avaient pas détectés.
Cette image de microscopie électronique à transmission montre les nanoparticules, qui se composent d'un noyau qui brille en bleu lorsqu'il est frappé par la lumière proche infrarouge, et un tissu extérieur de porphyrine-phospholipides (PoP) qui s'enroule autour du noyau. Crédit :Jonathan Lovell
Des différences comme celles-ci signifient que les médecins peuvent obtenir une image beaucoup plus claire de ce qui se passe à l'intérieur du corps en fusionnant les résultats de plusieurs modalités.
Une machine capable d'effectuer les six techniques d'imagerie à la fois n'a pas encore été inventée, à la connaissance de Lovell, mais lui et ses coauteurs espèrent que des découvertes comme la leur stimuleront le développement d'une telle technologie.
La recherche, Imagerie hexamodale avec des nanoparticules d'upconversion recouvertes de porphyrine-phospholipide, a été publié en ligne le 14 janvier dans la revue Matériaux avancés .
Il était dirigé par Lovell; Paras Prasad, Doctorat, directeur exécutif de l'Institut des lasers de l'UB, Photonique et Biophotonique (ILPB); et Guanying Chen, Doctorat, chercheur à l'ILPB et au Harbin Institute of Technology en Chine. L'équipe comprenait également des collaborateurs supplémentaires de ces institutions, ainsi que l'Université du Wisconsin et POSTECH en Corée du Sud.
Les chercheurs ont conçu les nanoparticules à partir de deux composants :un noyau de « conversion ascendante » qui brille en bleu lorsqu'il est frappé par la lumière proche infrarouge, et un tissu extérieur de porphyrine-phospholipides (PoP) qui s'enroule autour du noyau.
Chaque pièce a des caractéristiques uniques qui la rendent idéale pour certains types d'imagerie.
Le noyau, initialement conçu pour l'imagerie par conversion ascendante, est fait de sodium, ytterbium, fluor, l'yttrium et le thulium. L'ytterbium est dense en électrons, une propriété qui facilite la détection par tomodensitométrie.
L'emballage PoP possède des qualités biophotoniques qui en font un excellent choix pour la fluorescence et l'imagination photoacoustique. La couche PoP est également apte à attirer le cuivre, qui est utilisé dans l'imagerie par luminescence TEP et Cerenkov.
"La combinaison de ces deux composants biocompatibles en une seule nanoparticule pourrait donner aux médecins de demain un puissant, nouvel outil d'imagerie médicale, " dit Prasad, également professeur distingué SUNY de chimie, la physique, médecine et génie électrique à l'UB. "Davantage d'études devraient être menées pour déterminer si la nanoparticule est sûre à utiliser à de telles fins, mais il ne contient pas de métaux toxiques tels que le cadmium, connus pour présenter des risques potentiels et présents dans d'autres nanoparticules."
"Un autre avantage de cet agent de contraste d'imagerie core/shell est qu'il pourrait permettre l'imagerie biomédicale à plusieurs échelles, de la monomolécule à l'imagerie cellulaire, ainsi que de l'imagerie vasculaire et des organes à la bio-imagerie du corps entier, " ajoute Chen. " Ces larges, les capacités potentielles sont dues à une pluralité d'optiques, capacités d'imagerie photoacoustique et radionucléide que possède l'agent."
Lovell dit que la prochaine étape de la recherche consiste à explorer d'autres utilisations de la technologie.
Par exemple, il pourrait être possible d'attacher une molécule de ciblage à la surface du PoP qui permettrait aux cellules cancéreuses d'absorber les particules, quelque chose que l'imagerie photoacoustique et par fluorescence peut détecter en raison des propriétés du revêtement PoP intelligent. Cela permettrait aux médecins de mieux voir où commencent et se terminent les tumeurs, dit Lovell.
