Le aree di ipossia, o basso contenuto di ossigeno nel tessuto, sono segni distintivi di tumori a crescita rapida e di ostruzioni o restringimento dei vasi sanguigni, come ictus o malattia delle arterie periferiche. I ricercatori dell’Università dell’Illinois hanno sviluppato una nuova strategia per trovare i punti ipossici nel corpo, in modo non invasivo e in tempo reale, per la prevenzione e diagnosi precoce di tutte queste condizioni.
I ricercatori hanno sviluppato un faro molecolare sensibile all’ossigeno che emette segnali ad ultrasuoni in risposta alla luce, un processo chiamato imaging fotoacustica – una metodica meno invasiva, a più alta risoluzione e meno costosa rispetto all’attuale standard clinico, che utilizza molecole radioattive e tomografie a emissione di positroni.
In un articolo pubblicato su Nature Communications, i ricercatori hanno dimostrato la capacità della sonda di identificare i tumori ipossici e le arterie intasate e ristrette nei topi.
“Potremmo offrire a un medico una vista tridimensionale in tempo reale del tessuto per guidare le procedure chirurgiche e i piani di trattamento”, ha spiegato il Prof. di chimica Jefferson Chan, leader dello studio. Il dottorando Hailey Knox e il Professore di bioingegneria Wawrzyniec Lawrence Dobrucki sono coautori dell’articolo.
“La capacità di rilevare i punti ipossici in un modo che non richiede un intervento chirurgico o che non si basa su metodi indiretti è davvero potente, perché puoi effettivamente vedere tutto mentre si sta sviluppando”, ha detto Chan.
“Gli attuali metodi per rilevare l’ipossia nel tessuto possono solo identificare l’ipossia cronica, e quindi non possono aiutare i medici a trovare cancri aggressivi o condizioni acute come un ictus che richiedono un intervento immediato”, ha aggiunto Chan. Tali metodi sono limitati a procedure invasive che coinvolgono aghi a elettrodi di grandi dimensioni o imaging indirette con sonde radioattive, che presentano ulteriori difficoltà di attivazione e interferenza fuori bersaglio.
Le sonde molecolari sviluppate dal gruppo di Chan diventano attive solo quando manca l’ossigeno. Quando sono eccitate dalla luce, producono un segnale a ultrasuoni, consentendo l’imaging 3-D diretta delle aree ipossiche. I ricercatori hanno testato il sistema su colture cellulari, e poi su topi vivi con cancro al seno e topi con arterie intasate nelle gambe.
“Il sistema che abbiamo usato in questo studio è un sistema preclinico per gli animali, tuttavia, in un ambiente clinico, puoi prendere una normale macchina ad ultrasuoni e dotarla di una fonte di luce – puoi comprare LED per circa $ 200 che sono abbastanza potenti e sicure per le applicazioni cliniche “, ha detto Chan. I medici somministrerebbero le molecole fotoacustiche al paziente, sia iniettandole in una vena che direttamente nel sito tumorale, quindi potrebberro utilizzare la macchina ad ultrasuoni modificata per visualizzare l’area di interesse.
I ricercatori hanno dimostrato che il loro metodo fotoacustico potrebbe trovare la zona ipossica pochi minuti, mostrando la promessa per la diagnosi precoce di ictus o coaguli di sangue nel tessuto profondo. Nei topi affetti da cancro, le sonde hanno consentito l’imaging ecografico dettagliato in 3-D dei tumori ipossici.
Guarda il video di un rendering 3-D di un tumore ipossico.
“Sappiamo che molti tumori sono ipossici, così sono stati sviluppati molti nuovi trattamenti che si attivano in condizioni di carenza di ossigeno, ma questi trattamenti hanno dato risultati incoerenti negli studi clinici, perché non tutti i tumori sono ipossici”, ha detto Chan. “Questo nostro metodo fornisce agli scienziati ed ai medici la possibilità di esaminare in modo non invasivo i tumori e determinare se il tumore di un paziente è ipossico e potrebbe essere un buon candidato per un certo tipo di farmaco o, se non è ipossico, e dovrebbe essere trattato in modo diverso”.
Un altro vantaggio è il basso costo di produzione delle molecole e la loro lunga shelf life. Possono rimanere stabili per anni, mentre le molecole radioattive devono essere utilizzate subito dopo la produzione e richiedono un addestramento speciale per l’uso.
Il gruppo di Chan sta esplorando altri tipi di molecole fotoacustiche che potrebbero essere utilizzate per altre condizioni. Ad esempio, i ricercatori stanno lavorando su sonde in grado di rilevare tumori specifici in modo da poter individuare eventuali luoghi in cui il cancro si è diffuso o ha metastatizzato nel corpo di un paziente.
“Non solo si può rilevare il cancro e scoprire le sue proprietà, ma la nuova tecnica apre molte strade per la cura del paziente: possiamo osservare l’intero iceberg invece della sola punta “, ha concluso Chan.
Fonte: Nature
