Hollow PLGA Nanoparticles Prepared by Emulsification–Diffusion as Nanoscale Ultrasound Contrast Agents
本研究は、乳化拡散法を用いて中空の生分解性PLGAナノ粒子の調製を最適化し、ナノスケールのサイズ（約306 nm）と向上したin vitroにおけるエコー輝度を実現することに成功し、さらなるin vivoでの検証の必要性は残るものの、腫瘍標的型超音波造影剤としての有望な候補として位置づけた。
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超音波イメージングは、安全で携帯性に優れ、X線のような放射線のリスクを回避できるため、現代医学の定番となっています。これは、体内に音波を送り込み、異なる組織から跳ね返ってくるエコー（反射波）を聞き取ることで機能します。しかし、音波は、物理的特性があまりに似通っている場合、健康な組織と腫瘍を区別するのが困難なことがあり、その結果、医師の手元にはぼやけた画像が残されてしまいます。これを解決するために、医療専門家は造影剤を使用します。これはガスで満たされた小さな泡であり、組織よりもはるかに強く音波を跳ね返します。これらの泡によって、血管や炎症が画面上で明るく浮かび上がります。問題は、現在クリニックで使用されている泡は、血流から抜け出して腫瘍内部の固く高密度の組織に到達するには大きすぎるということです。これらは血管内に留まってしまい、深部に潜む癌を診断する際の有用性を制限しています。科学者たちは、これらの泡をナノスケールまで縮小し、腫瘍の血管の隙間を通り抜けられるようにする方法を長年模索してきました。しかし、これほど小さなものを作ろうとすると、通常は音響強度が弱くなりすぎて、超音波装置で聞き取れなくなってしまうのです。
メキシコ国立自治大学とコリマ大学の研究チームは、この「サイズと音の間の問題」を解決できる新しいタイプの微粒子を作るべく着手しました。彼らは、すでに医学界で広く使用されており、体内でも安全に分解されるPLGAと呼ばれる生分解性プラスチックを用いて、中空の球体を作ることに焦点を当てました。目標は、腫瘍組織に入り込めるほど十分に小さく、かつ、より大きな泡と同じように音を大きく響かせるための内部の空隙を持つ粒子を作ることでした。これを実現するために、彼らはプラスチック溶液を水と混合し、その後溶媒を蒸発させてプラスチックを残留させるという手法を用いました。粒子を中空にするために、加熱すると固体から直接ガスへと変化するワックス状の物質であるカンファー（樟脳）を少量加え、後部に空隙を残すようにしました。研究者たちは、これらの粒子を一貫して小さく効果的なものにするために、成分の配合と混合速度の完璧なバランスを見つけ出す必要があったため、系統的な実験計画を用いて数十種類のバリエーションをテストしました。
チームは、粒子のサイズと音の質が、溶液を混ぜる速度と、粒子が凝集するのを防ぐための安定剤の添加量に大きく依存することを発見しました。これらの要因を注意深く調整することで、彼らは直径約306ナノメートルの、血管の外に出るのに十分な小ささを持つ中空ナノ粒子を作り出しました。ラボの設定において、ヒトの組織を模したゲルを用いてこれらの粒子をテストしたところ、中空の粒子は、同じサイズの固体のプラスチック粒子よりも大幅に優れた性能を示しました。中空の粒子は超音波画像の明るさを約24パーセント向上させましたが、固体の粒子は約15パーセントの向上にとどまりました。この差は、粒子内部の空隙がより強いエコーを生み出している原因であることを裏付けており、内部構造がサイズと同じくらい重要であることを証明しました。
粒子が単にガスや液体で満たされているのではなく、本当に中空であることを確認するために、研究者たちは熱センサーと電子顕微鏡を用いて分析を行いました。熱分析の結果、穴を作るために使用されたカンファーは乾燥後に完全に消失しており、空隙が実際に空であったことを示唆していました。顕微鏡による観察では、粒子は球形であることが明らかになりましたが、中空の粒子は固体のものよりも表面の質感がわずかに粗くなっていました。本研究では、生きた動物や患者は使用していませんが、ラボでの結果は明白でした。すなわち、中空のデザインは機能したということです。研究者たちは、これらの粒子が大きな有望性を示している一方で、その内部構造は依然としてより直接的なイメージング技術による確認が必要であり、生体内での性能については今後の検証待ちであると指摘しました。それにもかかわらず、この研究は、現在のツールでは到達できない腫瘍の内部を見通すことができる、次世代の超音波造影剤を生み出すための実行可能な道筋を示しています。
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