Monitor de Notícias Semanais
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18 de março de 2021
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Publicações CEUS desta semana
Pequenas bolhas que causam grande impacto nas imagens médicas de ultrassom, March 12, 2021, EurekAlert!
Imagem de fusão quádrupla – o diagnóstico de câncer de mama agora é possível com um agente de contraste, March 16, 2021, Pohang University of Science and Technology (POSTECH) — News Release
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ICUS agradece seus patrocinadores
Artigos e Resumos
Pequenas bolhas que causam grande impacto nas imagens médicas de ultrassom
Uma nova pesquisa demonstra a capacidade de manipular o tamanho das nanobolhas, ressonância acústica e, em última análise, a eficácia do ultrassom
March 12, 2021
EurekAlert!
RYERSON UNIVERSITY – FACULTY OF SCIENCE
Research News – News release
Esquema da membrana da bolha mostrando a influência do rigidez membrana e da suavização da membrana no empacotamento de fosfolipídios. Crédito: Amin Jafari Sojahrood e Al C. de Leon
Se você recebesse “ultrassom” em um jogo de associação de palavras, “onda sonora” poderia facilmente vir à sua mente. Mas, nos últimos anos, um novo termo surgiu: bolhas. Essas formas efêmeras globulares estão se mostrando úteis em melhor da imagem médica, detecção de doenças e distribuição de em alvos de drogas. Há apenas uma falha: as bolhas desaparecem logo após a injeção na corrente sanguínea.
Agora, após 10 anos de trabalho, uma equipe de pesquisa multidisciplinar construiu uma bolha melhor. Suas novas formulações resultaram em bolhas em nanoescala com camadas externas personalizáveis - tão pequenas e duráveis que podem viajar e penetrar em algumas das áreas mais inacessíveis do corpo humano.
O trabalho é uma colaboração entre Al C. de Leon e co-autores, sob a supervisão de Agata A. Exner do Departamento de Radiologia da Case Western Reserve University School of Medicine em Cleveland e Amin Jafari Sojahrood sob a supervisão de Michael Kolios do Departamento de Física da Ryerson University e do Instituto de Engenharia Biomédica, Ciência e Tecnologia (iBEST) em Toronto. Seus resultados foram publicados recentemente na ACS Nano, em um artigo intitulado “Rumo à resposta acústica precisamente controlável de nanobolhas estabilizadas com casca: alto rendimento e dispersão estreita”.
“O avanço pode eventualmente levar a imagens de ultrassom mais claras”, diz Kolios. “Mas de forma mais ampla, nossas descobertas teóricas e experimentais conjuntas fornecem uma estrutura fundamental que ajudará a estabelecer nanobolhas para aplicações em imagens biomédicas – e potencialmente em outros campos, da ciência de materiais à limpeza e mistura de superfícies.”
Bolhas no ultrassom: encolhendo para a nanoescala
O ultrassom é a segunda modalidade de imagem médica mais utilizada no mundo. Tal como acontece com outras modalidades, um paciente pode engolir ou ser injetado com um agente para criar contraste de imagem, tornando assim as estruturas corporais ou fluidos mais fáceis de ver.
Com o ultrassom, as bolhas funcionam como agente de contraste. Esses globos cheios de gás são envolvidos por uma concha de fosfolipídeo. O contraste é gerado quando as ondas de ultrassom interagem com as bolhas, fazendo-as oscilar e refletir as ondas sonoras que diferem significativamente das ondas refletidas pelos tecidos do corpo. As bolhas são usadas rotineiramente em pacientes para melhorar a qualidade da imagem e aumentar a detecção de doenças. Mas, devido ao seu tamanho (quase o mesmo dos glóbulos vermelhos), as microbolhas estão confinadas a circular nos vasos sanguíneos e não podem alcançar o tecido doente externo.
“Nossa equipe de pesquisa na CWRU agora projetou bolhas estáveis de longa circulação em nanoescala – medindo 100-500 nm de diâmetro”, disse Exner. “Eles são de tal forma para que possam até mesmo se espremer através da vasculatura e vazar em tumores cancerígenos.”
Com esses recursos, as nanobolhas são adequadas para aplicações mais refinadas, como imagem molecular e entrega de drogas direcionadas. Trabalhando junto com a equipe Ryerson, os pesquisadores desenvolveram uma compreensão mais clara da teoria de como as nanobolhas são visualizadas com ultrassom e quais técnicas de imagem são necessárias para melhor visualizar as bolhas no corpo.
Controlando o comportamento das nanobolhas
Deixando de lado as questões de tamanho, as bolhas também são osciladores complexos, exibindo comportamentos difíceis de controlar. No trabalho atual, a equipe de pesquisa também desenvolveu uma maneira de controlar e prever com precisão como as bolhas interagem e respondem acusticamente ao ultrassom.
“Ao introduzir aditivos de membrana em nossas formulações de bolha, demonstramos a capacidade de controlar o quão rígidas (ou flexíveis) as cápsulas de bolha se tornam”, diz de Leon. “As formulações de bolhas podem então ser personalizadas para atender às necessidades específicas de diferentes aplicações.”
Por exemplo, designs de bolha mais rígidos e estáveis podem durar o suficiente para atingir os tecidos do corpo que são de difícil acesso. Bolhas mais suaves podem produzir imagens de ultrassom mais claras de certos tipos de tecido corporal. A oscilação da bolha pode até mesmo ser ajustada para aumentar a permeabilidade celular, aumentando potencialmente a entrega do medicamento às células doentes, o que pode, por sua vez, diminuir a dosagem necessária.
Pacientes, os beneficiários finais
Tendo demonstrado com sucesso a capacidade de personalizar as propriedades do invólucro da bolha e sua interação com as ondas sonoras, o trabalho atual tem implicações interessantes para a potência das nanobolhas – em aplicações diagnósticas e terapêuticas.
Sojahrood vê muitos benefícios potenciais, para a biomedicina e para os pacientes na clínica. “Em comparação com outras opções de imagem ou tratamento, como cirurgia com bisturis, maquinaria de ressonância magnética volumosa ou o risco de iodo radioativo em tomografias, a ultrassonografia pode ser muito mais rápida, barata, eficaz e menos invasiva”, diz ele. “Ao avançar o ultrassom por meio de nanobolhas, poderíamos eventualmente tornar o diagnóstico e o tratamento mais disponíveis e mais eficazes, mesmo em áreas mais remotas do mundo, melhorando os resultados dos pacientes e salvando mais vidas.”
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Imagem de fusão quádrupla via transdutor de ultrassom transparente
16 de Março de 2021
Pohang University of Science and Technology (POSTECH)
News Release – Research News
Diagrama esquemático de um sistema de imagem de fusão quádrupla
Foi desenvolvido um sistema de imagem ótica e de ultrassom de fusão quádrupla que permite o diagnóstico de doenças oculares ou tumores ou para ver o ambiente dentro do corpo usando um transdutor de ultrassom transparente.
Professor Chulhong Kim do Departamento de Engenharia Elétrica, Engenharia de Convergência de TI e Engenharia Mecânica da POSTECH, Dr. Byullee Park do Departamento de Engenharia de Convergência de TI, Ph.D. o candidato Jeongwoo Park da Escola de Biociência Interdisciplinar e Bioengenharia, o Professor Hyung Ham Kim do Departamento de Engenharia de Convergência de TI e o Professor Unyong Jeong do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais, em pesquisa conjunta com o Professor Hong Kyun Kim da Escola de Medicina da Universidade Nacional de Kyungpook juntos desenvolveram um transdutor de ultrassom transparente1 e o utilizaram para produzir o primeiro sistema de imagem de fusão quádrupla do mundo que integra imagens de ultrassom, imagens fotoacústicas, tomografia de coerência óptica e imagens de fluorescência. Os resultados da pesquisa foram publicados nos Anais da Academia Nacional de Ciências dos Estados Unidos da América (PNAS) em 8 de março de 2021.
Há um interesse crescente em sistemas de imagem multimodal que obtêm várias imagens e informações combinando ultrassom e dispositivos de imagem ótica. Dentre eles, um transdutor de ultrassom é um dispositivo que produz imagens por meio da geração de ultrassom e funciona como sensor de imagem em exames ultrassônicos. Mas não era opticamente transparente e difícil de permitir a passagem eficaz dos lasers e, portanto, tinha limitações para ser combinado coaxialmente com um dispositivo de imagem óptica.
Para resolver esse problema, a equipe de pesquisa desenvolveu um transdutor de ultrassom transparente altamente sensível pelo qual o laser pode passar com eficácia. Este dispositivo recém-desenvolvido obtém imagens de fusão quádrupla de ultrassom, fotoacústica, coerência óptica e fluorescência em um sistema de imagem pela primeira vez.
Usando o sistema de imagem de fusão quádrupla combinado com um transdutor de ultrassom transparente integrado a um sistema de imagem oftálmica, os pesquisadores foram capazes de observar a neovascularização da córnea, mudanças estruturais, catarata, inflamação e outras mudanças epidemiológicas no olho do rato.
Além disso, quando usado como um dispositivo de imagem de tumor, os pesquisadores foram capazes de visualizar multiparametricamente a saturação de oxigênio dos vasos sanguíneos e tecidos circundantes em um camundongo afetado por melanoma sem usar um agente de contraste. Com a imagem molecular, o diagnóstico de câncer de mama agora é possível, conforme demonstrado pela aquisição e observação de várias imagens de um camundongo com câncer de mama por meio da injeção de um agente de contraste inofensivo para o corpo humano.
Prevê-se que esses resultados de pesquisa sejam amplamente aplicáveis a várias indústrias onde ultrassom e sensores ópticos são usados, como saúde e campos médicos, móveis, automóveis, robótica, testes não destrutivos, bem como doenças oftalmológicas e diagnóstico de imagem de tumorosis.
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