Hollow PLGA Nanoparticles Prepared by Emulsification–Diffusion as Nanoscale Ultrasound Contrast Agents
Questo studio ha ottimizzato con successo la preparazione di nanoparticelle cave e biodegradabili di PLGA tramite emulsificazione–diffusione per ottenere una dimensione nanometrica (~306 nm) e un'ecogenicità in vitro potenziata, posizionandole come candidati promettenti per agenti di contrasto a ultrasuoni mirati ai tumori, nonostante la necessità di ulteriori validazioni in vivo.
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L'imaging a ultrasuoni è un pilastro della medicina moderna perché è sicuro, portatile e evita i rischi di radiazioni tipici dei raggi X. Funziona inviando onde sonore nel corpo e ascoltando gli echi che rimbalzano indietro da diversi tessuti. Tuttavia, le onde sonore spesso faticano a distinguere tra tessuto sano e un tumore se le loro proprietà fisiche sono troppo simili, lasciando i medici con immagini sfocate. Per risolvere questo problema, i professionisti medici utilizzano agenti di contrasto, ovvero minuscole bolle riempite di gas che riflettono le onde sonore molto più intensamente rispetto al tessuto. Queste bolle fanno sì che i vasi sanguigni e l'infiammazione si illuminino sullo schermo. Il problema è che le bolle attualmente utilizzate nelle cliniche sono troppo grandi per lasciare il flusso sanguigno e raggiungere il tessuto solido e denso all'interno di un tumore. Esse rimangono bloccate nei vasi, limitando la loro utilità per la diagnosi di tumori profondi. Gli scienziati cercano da tempo un modo per rimpicciolire queste bolle fino alla scala nanometrica affinché possano scivolare attraverso le fessure dei vasi sanguigni tumorali, ma produrre qualcosa di così piccolo di solito lo rende troppo silenzioso per essere udito dalla macchina degli ultrasuoni.
Un team di ricercatori dell'Università Autonoma Nazionale del Messico e dell'Università di Colima si è posto l'obiettivo di creare un nuovo tipo di particella minuscola che potesse risolvere questo problema di dimensioni contro suono. Si sono concentrati sulla costruzione di sfere cave fatte di una plastica biodegradabile chiamata PLGA, già ampiamente utilizzata in medicina perché il corpo può scomporla in sicurezza. L'obiettivo era creare una particella abbastanza piccola da entrare nel tessuto tumorale, ma con uno spazio vuoto all'interno che la facesse riecheggiare con forza, proprio come farebbe una bolla più grande. Per ottenere questo, hanno utilizzato un metodo che mescola una soluzione di plastica con acqua e poi lascia evaporare il solvente, lasciando dietro di sé la plastica. Per garantire che le particelle fossero cave, hanno aggiunto una piccola quantità di canfora, una sostia cerosa che passa direttamente dallo stato solido a quello gassoso quando viene riscaldata, lasciando un vuoto dietro di sé. I ricercatori dovevano trovare il perfetto equilibrio tra ingredienti e velocità di miscelazione per rendere queste particelle costantemente piccole ed efficaci, quindi hanno testato decine di variazioni utilizzando un disegno sperimentale sistematico.
Il team ha scoperto che la dimensione e la qualità del suono delle particelle dipendevano fortemente da quanto velocemente mescolavano la soluzione e da quanto stabilizzante aggiungevano per evitare che le particelle si raggruppassero. Regolando attentamente questi fattori, hanno prodotto nanoparticelle cave con un diametro di circa 306 nanometri, una dimensione sufficientemente piccola da poter potenzialmente viaggiare al di fuori dei vasi sanguigni. Quando hanno testato queste particelle in un ambiente di laboratorio utilizzando un gel che imita il tessuto umano, le particelle cave hanno performato significativamente meglio delle particelle di plastica solida della stessa dimensione. Quelle cave hanno aumentato la luminosità dell'immagine ecografica di quasi il 24 percento, mentre quelle solide l'hanno aumentata solo di circa il 15 percento. Questa differenza ha confermato che lo spazio vuoto all'interno della particella era responsabile dell'eco più forte, dimostrando che la struttura interna conta tanto quanto la dimensione.
Per garantire che le particelle fossero realmente cave e non solo riempite di gas o liquido, i ricercatori le hanno analizzate con sensori di calore e microscopi elettronici. L'analisi termica ha mostrato che la canfora utilizzata per creare i fori era completamente scomparsa dopo l'essiccazione delle particelle, suggerendo che i vuoti fossero effettivamente vuoti. I microscopi hanno rivelato che le particelle erano sferiche, sebbene quelle cave avessero una texture superficiale leggermente più ruvida rispetto a quelle solide. Sebbene lo studio non abbia utilizzato animali o pazienti vivi, i risultati in laboratorio sono stati chiari: il design cavo ha funzionato. I ricercatori hanno osservato che, sebbene le particelle mostrassero grande promessa, la loro struttura interna deve ancora essere confermata con tecniche di imaging più dirette, e il loro comportamento negli organismi viventi resta da vedere. Ciononostante, questo lavoro dimostra una via percorribile verso la creazione di una nuova generazione di agenti per ultrasuoni che possano vedere all'interno dei tumori dove gli strumenti attuali non riescono ad arrivare.
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