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March 18, 2021
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Publicaciones CEUS de esta semana
Pequeñas burbujas que tienen un gran impacto en las imágenes de ultrasonido médico.
12 de marzo de 2021.
EurekAlert!
Imágenes de fusión cuádruple: el diagnóstico de cáncer de mama ahora es posible con un agente de contraste. 16 de marzo de 2021, Pohang University of Science and Technology (POSTECH) – Comunicado de prensa
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Artículos y Resumenes
Pequeñas burbujas que tienen un gran impacto en las imágenes de ultrasonido médico.
Una nueva investigación demuestra la capacidad de manipular el tamaño de las nanoburbujas, la resonancia acústica y, en última instancia, la eficacia del ultrasonido.
12 de marzo de 2021
EurekAlert!
RYERSON UNIVERSITY – FACULTY OF SCIENCE
Research News – Comunicado de prensa
Esquema de la membrana de burbujas que muestra la influencia del endurecedor de la membrana y el suavizante de la membrana en el empaquetamiento de fosfolípidos. Crédito: Amin Jafari Sojahrood y Al C. de Leon
Si le dieran “ultrasonido” en un juego de asociación de palabras, la “onda de sonido” podría venir fácilmente a la mente. Pero en los últimos años ha surgido un nuevo término: burbujas. Esas formas globulares efímeras están resultando útiles para mejorar las imágenes médicas, la detección de enfermedades y la administración de fármacos dirigida. Solo hay una falla: las burbujas desaparecen poco después de la inyección en el torrente sanguíneo.
Ahora, después de 10 años de trabajo, un equipo de investigación multidisciplinario ha construido una burbuja mejor. Sus nuevas formulaciones han dado como resultado burbujas a nanoescala con capas externas personalizables, tan pequeñas y duraderas que pueden viajar y penetrar en algunas de las áreas más inaccesibles del cuerpo humano.
El trabajo es una colaboración entre Al C. de Leon y los coautores, bajo la supervisión de Agata A. Exner del Departamento de Radiología de la Facultad de Medicina de la Universidad Case Western Reserve en Cleveland y Amin Jafari Sojahrood bajo la supervisión de Michael Kolios del Departamento de Física de la Universidad de Ryerson y del Institute for Biomedical Engineering, Science and Technology (iBEST) en Toronto.Sus resultados se publicaron recientemente en ACS Nano, en un artículo titulado “Hacia una respuesta acústica controlable con precisión de nanoburbujas estabilizadas con caparazón: alto rendimiento y dispersión estrecha”.
“El avance eventualmente puede conducir a imágenes de ultrasonido más claras”, dice Kolios. “Pero en términos más generales, nuestros hallazgos teóricos y experimentales en conjunto, proporcionan un marco fundamental que ayudará a establecer el uso nanoburbujas para aplicaciones en imágenes biomédicas, y potencialmente en otros campos, desde la ciencia de los materiales hasta la limpieza y mezcla de superficies”.
Burbujas en ultrasonido: encogiéndose a nanoescala
El ultrasonido es la segunda modalidad de imagenología médica más utilizada en el mundo. Al igual que con otras modalidades, un paciente puede tragar o ser inyectado con un agente para crear una imagen de contraste, lo que hace que las estructuras corporales o los fluidos sean más fáciles de ver.
Con la ecografía, las burbujas sirven como agente de contraste. Estos globos llenos de gas están encerrados por una capa de fosfolípidos. El contraste se genera cuando las ondas de ultrasonido interactúan con las burbujas, lo que hace que oscilen y reflejen ondas sonoras que difieren significativamente de las ondas reflejadas por los tejidos corporales. Las burbujas se utilizan de forma rutinaria en pacientes para mejorar la calidad de la imagen y mejorar la detección de enfermedades. Pero debido a su tamaño (aproximadamente el mismo que el de los glóbulos rojos), las microburbujas se limitan a circular en los vasos sanguíneos y no pueden alcanzar el tejido enfermo en el exterior.
“Nuestro equipo de investigación en CWRU ahora diseñó burbujas estables de larga circulación a nanoescala, que miden entre 100 y 500 nm de diámetro”, dice Exner. “Son para que incluso puedan atravesar orificios en la vasculatura de los tumores cancerosos”.
Con tales capacidades, las nanoburbujas son adecuadas para aplicaciones más finas, como imágenes moleculares y la administración dirigida de fármacos. Trabajando junto con el equipo de Ryerson, los investigadores han desarrollado una comprensión más clara de la teoría de cómo se visualizan las nanoburbujas con ultrasonido y qué técnicas de imagen son necesarias para visualizar mejor las burbujas en el cuerpo.
Controlando el comportamiento de las nanoburbujas
Dejando de lado las cuestiones de tamaño, las burbujas también son osciladores complejos que presentan comportamientos que son difíciles de controlar. En el trabajo actual, el equipo de investigación también ideó una forma de controlar y predecir con precisión cómo las burbujas interactúan y responden acústicamente a los ultrasonidos.
“Al introducir aditivos de membrana en nuestras formulaciones de burbujas, demostramos la capacidad de controlar qué tan rígidas (o qué tan flexibles) se vuelven las cubiertas de las burbujas”, dice de Leon. “Las formulaciones de burbujas se pueden personalizar para satisfacer las necesidades particulares de diferentes aplicaciones”. Por ejemplo, los diseños de burbujas más rígidos y estables pueden durar lo suficiente como para llegar a los tejidos corporales a los que es difícil acceder. Las burbujas más suaves pueden producir imágenes de ultrasonido más claras de ciertos tipos de tejido corporal. La oscilación de la burbuja incluso podría modificarse para aumentar la permeabilidad celular, aumentando potencialmente la administración de fármacos a las células enfermas, lo que a su vez puede disminuir la dosis requerida.
Habiendo demostrado con éxito la capacidad de personalizar las propiedades de la membrana de las burbujas y su interacción con las ondas sonoras, el trabajo actual tiene implicaciones interesantes en la potencialidad de las nanoburbujas, tanto en aplicaciones de diagnóstico como terapéuticas.
Sojahrood ve muchos beneficios potenciales, para la biomedicina y para los pacientes en la clínica. Dic: “En comparación con otras opciones de tratamiento o de imágenes, como la cirugía con bisturíes, la maquinaria de resonancia magnética voluminosa o el riesgo de yodo radiactivo en las tomografías computarizadas, la ecografía podría ser mucho más rápida, barata, efectiva y menos invasiva”. “Al hacer avanzar el ultrasonido a través de nanoburbujas, eventualmente podríamos hacer que el diagnóstico y el tratamiento estén más disponibles y sean más efectivos, incluso en áreas más remotas del mundo, mejorando la evolución de los pacientes y salvando más vidas”.
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Imágenes de fusión cuádruple a través de un transductor de ultrasonido transparente
16 de marzo de 2021
Pohang University of Science and Technology (POSTECH)
Comunicados de prensa – Research News
Diagrama esquemático de un sistema de imágenes de fusión cuádruple
Se ha desarrollado un sistema de imágenes por ultrasonido y óptico de fusión cuádruple que permite el diagnóstico de enfermedades o tumores oculares o ver el ambiente dentro del cuerpo utilizando un transductor de ultrasonido transparente.
El profesor Chulhong Kim del Departamento de Ingeniería Eléctrica, Ingeniería de TI de Convergencia e Ingeniería Mecánica de POSTECH, Dr. Byullee Park del Departamento de Ingeniería de TI de Convergencia, El candidato a Ph.D. Jeongwoo Park de la Escuela de Biociencias y Bioingeniería Interdisciplinarias, el Profesor Hyung Ham Kim del Departamento de Ingeniería de Convergencia de TI y el Profesor Unyong Jeong del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, en una investigación conjunta con el Profesor Hong Kyun Kim de la Escuela de Medicina de la Universidad Nacional de Kyungpook han desarrollaron en colaboración, un transductor de ultrasonido transparente y lo han utilizado para producir el primer sistema de imágenes de fusión cuádruple del mundo que integra imágenes de ultrasonido, imágenes fotoacústicas, tomografía de coherencia óptica e imágenes de fluorescencia. Estos hallazgos de la investigación se publicaron en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América (PNAS) el 8 de marzo de 2021.
Existe un interés creciente en los sistemas de formación de imágenes multimodales que obtienen diversas imágenes e información mediante la combinación de dispositivos de formación de imágenes ópticas y de ultrasonido. Entre ellos, un transductor de ultrasonido es un dispositivo que produce imágenes mediante la generación de ultrasonido y funciona como sensor de imagen en exámenes ultrasónicos. Pero no era ópticamente transparente dificultando el pasaje de láseres a través, de forma eficaz, por lo tanto, tenía limitaciones para combinarse coaxialmente con un dispositivo de imágenes ópticas.
Para resolver este problema, el equipo de investigación desarrolló un transductor de ultrasonido transparente de alta sensibilidad que el láser puede atravesar de manera efectiva. Este dispositivo recientemente desarrollado obtiene por primera vez, imágenes de fusión cuádruple por medio de ultrasonido, fotoacústica, coherencia óptica y fluorescencia en un sistema integrado de imágenes
Usando el sistema de imágenes de fusión cuádruple combinado con un transductor de ultrasonido transparente integrado en un sistema de imágenes oftálmicas, los investigadores pudieron observar la neovascularización corneal, cambios estructurales, cataratas, inflamación y otros cambios epidemiológicos en el ojo de rata.
Además, cuando se usó como un dispositivo de imágenes de tumores, los investigadores pudieron visualizar multiparamétricamente la saturación de oxígeno de los vasos sanguíneos y tejidos circundantes en un ratón afectado por melanoma sin usar un agente de contraste. Con las imágenes moleculares, el diagnóstico de cáncer de mama ahora es posible, como se demuestra al adquirir y observar varias imágenes de un ratón con cáncer de mama mediante la inyección de un agente de contraste que es inofensivo para el cuerpo humano.
Se prevé que estos hallazgos de investigación sean ampliamente aplicables a diversas industrias donde se utilizan sensores ópticos y de ultrasonido, como el campo de la salud y la medicina, móviles, automóviles, robótica, pruebas no destructivas, así como enfermedades oftalmológicas y diagnóstico por imágenes de tumores.
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