Laboratório desenvolve as menores bolhas flutuantes para imagens médicas

Pesquisadores de bioengenharia da Universidade Rice desenvolveram nanoestruturas proteicas ultrapequenas, estáveis ​​e cheias de gás que podem revolucionar a geração de imagens por ultrassom e a administração de medicamentos.

Ao contrário das microbolhas ou nanobolhas atuais, que são grandes demais para atravessar barreiras biológicas de forma eficaz, acredita-se que as novas vesículas de gás de 50 nanômetros em forma de diamante (GVs de 50 NM) — aproximadamente do tamanho de vírus — sejam as menores estruturas estáveis ​​e flutuantes para imagens médicas já criadas.

Microbolhas permitiram avanços recentes promissores em imagens de ultrassom e administração de genes e medicamentos mediada por ultrassom. Usadas como agentes de contraste, elas podem fornecer informações em nível molecular sobre biomarcadores ou tipos de células alvos. No entanto, devido ao seu grande tamanho (1–10 micrômetros de diâmetro), elas raramente podem sair da corrente sanguínea, restringindo sua eficácia a tecidos bem vascularizados.

Em contraste, os novos GVs de 50 NM podem penetrar no tecido, com a pesquisa mostrando que eles foram capazes de atingir populações importantes de células imunes em linfonodos. Isso abre novas possibilidades para geração de imagens e administração de terapias para células anteriormente inacessíveis.

Imagens de microscopia eletrônica de tecido linfático revelam que grandes coortes de nanoestruturas se aglomeram dentro de células que desempenham um papel crítico na ativação da resposta imune inata, sugerindo seu uso potencial em imunoterapias, profilaxia do câncer e diagnóstico precoce e tratamento de doenças infecciosas. O trabalho é detalhado no periódico Materiais avançados.

“Esta descoberta abre novos caminhos para o tratamento de doenças mediado por ultrassom, impactando futuras práticas médicas e resultados de pacientes. A pesquisa tem implicações notáveis ​​para o tratamento de cânceres e doenças infecciosas, pois as células residentes em linfonodos são alvos críticos para imunoterapias”, disse o autor do estudo George Lu, professor assistente de bioengenharia e um Cancer Prevention and Research Institute of Texas Scholar.

Os métodos de pesquisa incluíram engenharia genética, técnicas de caracterização de nanopartículas, microscopia eletrônica e imagens de ultrassom para analisar a distribuição e a resposta acústica dessas estruturas.

“A justificativa era aproveitar seu pequeno tamanho e propriedades acústicas para aplicações biomédicas”, disse Lu. “Este trabalho representa um design pioneiro de nanoestruturas funcionais de proteínas preenchidas com gás, pequenas o suficiente para atravessar o sistema linfático.”

O estudo descreve diversas direções para pesquisas futuras, incluindo a avaliação da biossegurança e imunogenicidade das nanobolhas, a determinação dos parâmetros de ultrassom ideais para aplicações in vivo e muito mais.

“De forma mais ampla, isso representa um avanço significativo no design de materiais, potencialmente levando a aplicações inovadoras em vários campos científicos”, disse Lu. “Como essas nanoestruturas são compostas inteiramente de proteínas e são produzidas dentro de bactérias vivas, elas exemplificam como materiais biogênicos podem superar o desempenho de materiais sintéticos.”

O pesquisador de pós-doutorado da Rice, Qionghua Shen, e o aluno de pós-graduação Zongru Li são os autores principais do artigo. Outros autores da Rice incluem Yixian Wang, Matthew Meyer, Marc De Guzman, Janie Lim e Han Xiao. Richard Bouchard, do MD Anderson Cancer Center da University of Texas, também é um autor.