Terapia de precizie cu microbule: un nou pas în livrarea țintită a medicamentelor

Cercetătorii de la ETH Zurich au analizat cum microbulele – bule de gaz extrem de mici – pot fi utilizate pentru a livra medicamente în mod țintit în interiorul celulelor prin ultrasunete. Pentru prima dată, echipa a reușit să vizualizeze formarea unor microjeturi lichide ciclice – fluxuri de lichid la scară microscopică – care pătrund în membrana celulară și permit absorbția medicamentelor.

Această tehnologie este deosebit de promițătoare pentru tratarea bolilor cerebrale, precum Alzheimer, Parkinson sau tumorile cerebrale, deoarece creierul este o structură extrem de protejată de bariera hematoencefalică, care limitează accesul substanțelor din sânge.

Cum funcționează această tehnică?

Microbulele utilizate în terapie sunt:

• Mai mici decât un globul roșu
• Umplute cu gaz
• Acoperite cu un strat special de molecule lipidice, care le stabilizează în sânge

Acestea sunt injectate în fluxul sanguin împreună cu medicamentul și apoi activate prin ultrasunete, direct în zona țintită. Vibrațiile microbulelor determină formarea unor pori temporari în membrana celulară, permițând astfel pătrunderea substanței active.

Un mecanism necunoscut până acum

Deși utilizarea microbulelor în livrarea medicamentelor era deja cunoscută, nu se știa exact cum se formează porii prin care medicamentul pătrunde în celule. Cercetătorii au descoperit că suprafața microbulelor își modifică forma sub influența ultrasunetelor, generând microjeturi care perforează celula.

"Am demonstrat că, sub acțiunea ultrasunetelor, microbulele își pierd forma sferică și generează microjeturi lichide care pătrund în membrana celulară", explică Marco Cattaneo, doctorand la Institutul de Dinamica Fluidelor din cadrul ETH Zurich.

Forța invizibilă: microjeturi cu viteza de 200 km/h

Observarea acestui proces a fost extrem de dificilă, deoarece microbulele:

• Au dimensiuni de doar câțiva micrometri
• Vibrează de milioane de ori pe secundă sub ultrasunete

Pentru a vizualiza fenomenul, echipa a construit un microscop cu mărire de 200x, conectat la o cameră de mare viteză, capabilă să captureze până la 10 milioane de imagini pe secundă.

În cadrul experimentelor, cercetătorii au:

• Creat un model in vitro al unui perete de vas sanguin, folosind o membrană acoperită cu celule endoteliale
• Plasat microbulele în soluția salină conținând medicamentul-model
• Activat microbulele cu pulsuri de ultrasunete de o microsecundă

Rezultatul? Microjeturile generate se deplasează cu viteza de 200 km/h și creează orificii precise în membrana celulară, suficient de mari pentru ca medicamentele să pătrundă, dar fără a distruge celula.

O tehnologie sigură și eficientă

Un avantaj major al acestei metode este că funcționează la presiuni reduse ale ultrasunetelor, similare cu presiunea atmosferică obișnuită. Acest lucru face ca metoda să fie sigură pentru pacienți.

"Am demonstrat că doar câteva pulsuri de ultrasunete sunt suficiente pentru a perfora membrana celulară, ceea ce este o veste bună pentru pacienți", explică profesorul Outi Supponen, coordonatorul studiului.

Mai mult, această tehnologie poate fi adaptată pentru a optimiza dimensiunea și frecvența microbulelor, astfel încât să fie mai eficiente și mai sigure în administrarea terapiei.

Implicatii pentru medicina viitorului

Această descoperire are un potențial major în tratamentele de precizie, în special pentru afecțiuni unde livrarea medicamentelor este dificilă. Următorii pași în cercetare includ:

• Testarea tehnicii pe modele animale mai mari
• Optimizarea parametrilor ultrasunetelor pentru siguranță și eficiență maximă
• Explorarea altor aplicații în oncologie și neurologie

"Lucrarea noastră clarifică bazele fizice ale administrării țintite a medicamentelor prin microbule și contribuie la definirea unor criterii pentru utilizarea lor sigură și eficientă", concluzionează Supponen.

Această tehnologie ar putea revoluționa tratamentul bolilor cerebrale, oncologice și inflamatorii, oferind o metodă neinvazivă, rapidă și eficientă de administrare a medicamentelor.