Les médecins et les chercheurs s'appuient sur l'imagerie biomédicale pour examiner la structure et la fonction des tissus vivants. Cela permet des diagnostics de maladies et des expériences qui révèlent les mécanismes à l’origine des pathologies et les moyens de les traiter. Les techniques les plus populaires d’imagerie sans rayonnement sont l’échographie et l’IRM. L'optoacoustique, en revanche, est une approche émergente prometteuse introduite récemment dans la pratique clinique.
Aujourd'hui, les chercheurs de Skoltech et leurs collègues suisses et chinois ont réussi à marier ces techniques d'imagerie distinctes en concevant un agent de contraste universel, un médicament injectable qui fonctionne simultanément avec les trois approches. Le nouvel agent pourrait rendre les diagnostics plus rapides et plus précis, tout en réduisant le coût des examens, le nombre d'injections et le dosage nécessaire.
En plus de permettre une visualisation à contraste élevé, les « microbulles chargées » de l'équipe pourraient même être utilisées à l'avenir pour administrer des médicaments dans le cerveau d'un patient atteint de la maladie de Parkinson ou d'une tumeur. Les résultats sont rapportés dans Laser &Photonics Reviews. .
Les chercheurs ont utilisé une technologie connue sous le nom de dépôt couche par couche pour créer des microbulles chargées de colorant vert d'indocyanine et de nanoparticules de magnétite. Le colorant peut absorber la lumière et émettre des ondes sonores détectables, c’est ainsi que fonctionne l’optoacoustique. Et les nanoparticules de magnétite, un oxyde de fer, améliorent le contraste lors des examens IRM. Les bulles elles-mêmes servent d'agent de contraste pour les études échographiques, et comme elles sont remplies de liquide (une nanogouttelette de perfluoropentane) plutôt que de gaz, une stabilité accrue est obtenue.
L’équipe a mené des expériences sur des souris et s’est assurée que les microbulles présentaient un contraste dans les trois modes d’imagerie médicale. Les tests de cytotoxicité ont montré que l'agent est biocompatible.
"Les agents de contraste individuels utilisés dans une technique d'imagerie donnée ont leurs avantages, mais en les réunissant, nous les complétons. Cela se traduit, entre autres, par une sensibilité plus élevée et une meilleure résolution d'imagerie. Et nous réduisons le caractère invasif, car là où vous Avant, il fallait trois injections distinctes, maintenant il n'en faut qu'une", a déclaré l'un des deux principaux auteurs de l'étude, Daniil Nozdriukhin.
"De plus, avec les microbulles, les temps de circulation des nanoparticules et du colorant dans le corps sont beaucoup plus longs, ce qui signifie qu'il reste plus de temps pour obtenir une image de haute qualité. La stabilité et la longévité des bulles à noyau liquide sont un avantage supplémentaire en plus de cela."
Une autre application provisoire du nouvel agent de contraste est la résonance magnétique et l'imagerie optoacoustique du cerveau. Le problème avec la visualisation du cerveau est que la barrière hémato-encéphalique ne permet qu'à quelques molécules sélectionnées de la circulation sanguine de pénétrer dans le cerveau :oxygène, nutriments, hormones, etc.
La barrière bloque toutes sortes de germes et de grosses molécules, y compris les agents de contraste et la plupart des médicaments. Il peut être ouvert en générant des bulles de gaz à l’intérieur des vaisseaux sanguins grâce aux ultrasons. Cependant, cela endommage les tissus environnants. Heureusement, il est possible de se contenter d'une intensité bien moindre en utilisant des ultrasons focalisés sur des microbulles, et c'est là qu'intervient l'agent de contraste multifonctionnel de l'équipe.
« Avec un seul agent réunissant à la fois les microbulles sensibles aux ultrasons pour l'ouverture de la barrière hémato-encéphalique et les produits de contraste pour l'IRM et l'imagerie opto-acoustique, une seule injection suffit pour un examen cérébral, et vous bénéficiez en plus d'une circulation prolongée. en plus", a déclaré l'auteur principal de l'étude, Elizaveta Maksimova.
"De plus, les microbulles à noyau liquide peuvent résister à l'exposition aux ultrasons sans éclater pendant beaucoup plus longtemps que les microbulles à noyau gazeux classiques, maintenant la barrière ouverte pendant des périodes prolongées afin que la dose d'agent de contraste dans l'injection puisse être réduite. "
"En outre, une fois que vous disposez de ce moyen efficace et sûr d'ouvrir la barrière hémato-encéphalique, vous pouvez aller au-delà du simple diagnostic et améliorer les bulles en les chargeant d'un médicament via la même approche de dépôt couche par couche. Une telle intégration de thérapies et ceux utilisés pour le diagnostic sont connus sous le nom de théranostic", a ajouté le chercheur principal de l'étude, le professeur Dmitry Gorin, qui dirige le laboratoire de biophotonique de Skoltech Photonics.
"Cette approche peut être appliquée au traitement mini-invasif guidé par IRM du glioblastome [le type de cancer le plus agressif et le plus courant qui prend son origine dans le cerveau]."
Les bulles remplies de perfluoropentane, un liquide à température ambiante, sont stabilisées avec une protéine et immergées dans une série de solutions aqueuses. Les particules de chaque solution successive se déposent comme une coque supplémentaire sur la microbulle, à condition que des composés avec des particules inorganiques ou des molécules organiques chargées positivement et négativement soient alternés.
L'interaction électrostatique maintient les coquilles ensemble. Dans l'étude rapportée dans cet article, les couches déposées contenaient des agents de contraste pour l'IRM et l'imagerie optoacoustique, mais la même procédure peut être utilisée avec des agents thérapeutiques.
Plus d'informations : Elizaveta A. Maksimova et al, Nanogouttelettes de perfluoropentane à coque polymère multicouche pour ultrasons multimodaux, résonance magnétique et imagerie optoacoustique, Laser &Photonics Reviews (2023). DOI : 10.1002/lpor.202300137
Fourni par l'Institut des sciences et technologies de Skolkovo
