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La ecografía es una prueba de diagnóstico por imágenes que utiliza ondas de ultrasonido de alta frecuencia para crear imágenes de las estructuras internas del cuerpo. A pesar de su bajo costo, no invasividad y alta penetrabilidad, la aplicación de la ecografía es limitada debido a la falta de imágenes de alta precisión.
Estudio: imágenes de fluorescencia/ultrasonido de modo dual con puntos cuánticos de grafeno dopados con metales biocompatibles. Crédito de la foto: GiroScience/Shutterstock.com
En este sentido, los agentes de contraste de ultrasonido (UCA) aumentan la densidad de las ondas de ultrasonido en los tejidos diana al complementar el infrarrojo cercano (NIR) y los fluoróforos visibles. Un artículo publicado en la revista ACS Biomaterials Science and Engineering presentó una variedad de metales dopados (nanopartículas de plata (NP de Ag), neodimio (Nd), tulio (Tm), cloruro de cerio (CeCl3), óxido de cerio (CeO2) y sulfuro de molibdeno (MoS2)) puntos cuánticos de grafeno que contienen nitrógeno que exhibieron propiedades de alto contraste y capacidades de imagen con fluorescencia visible y NIR en modo de brillo ultrasónico.
Los puntos cuánticos de grafeno se fabricaron a partir de glucosamina y se dopó con una cantidad mínima de metal para evitar in vitro Toxicidad. Si bien el pequeño tamaño de los puntos cuánticos de grafeno promovió la internalización celular efectiva, la naturaleza polar de los grupos funcionales de la superficie aumentó su solubilidad en agua y facilitó la unión de fármacos y tratamientos específicos.
Los puntos cuánticos de grafeno nitrogenado dopado con metal mostraron una señal ultrasónica diez veces mayor en tejidos animales, gel de agarosa y fantomas vasculares. El poder combinado del seguimiento de fluorescencia de alta precisión y las imágenes de ultrasonido no invasivas hacen que los puntos cuánticos de grafeno sean una herramienta viable para una variedad de aplicaciones teragnósticas.
Papel de los agentes de contraste (CA) en la ecografía
La ecografía utiliza un dispositivo llamado transductor en la superficie de la piel que envía y recibe ondas de ultrasonido hacia y desde los tejidos. Una computadora traduce las ondas de ultrasonido recibidas en una imagen, que luego se lee para diagnosticar el problema.
La ecografía médica distingue los órganos internos de los tejidos circundantes en función de sus diferentes impedancias acústicas. Sin embargo, cuando esta distinción es difícil de seguir, la ecografía con contraste (CEUS), una técnica establecida para visualizar lesiones hepáticas, imágenes cardíacas y carcinoma renal, se usa para detecciones más específicas. Aunque las microburbujas en las UCA las hacen biocompatibles, tienen una circulación corta ya que se disocian en el torrente sanguíneo o son absorbidas por las células de Kupffer.
Los puntos cuánticos de grafeno muestran una excelente solubilidad en disolventes orgánicos. Sin embargo, su solubilidad mejorada en solventes a base de agua ha influido en gran medida en su aplicación en bioimagen y sistemas de administración de fármacos dirigidos.
La solubilidad en agua se puede atribuir a los grupos hidroxilo y carboxilo unidos a la superficie de los puntos cuánticos de grafeno. Las funcionalidades de la superficie mejoran la naturaleza hidrófila de los puntos cuánticos de grafeno, lo que permite ajustar la funcionalización de la superficie mediante modificaciones químicas.
Puntos cuánticos de grafeno dopado con metal biocompatible
Anteriormente, se desarrollaron puntos cuánticos de grafeno nitrogenado altamente biodegradables y biocompatibles para que sirvieran como base para el diseño de CA y mostraran fluorescencia en las regiones visibles y NIR.
Los grupos funcionales que contienen oxígeno en la superficie de los puntos cuánticos de grafeno se protonaron/desprotonaron de manera dependiente del pH en un entorno biológico, lo que resultó en la fluorescencia de los puntos cuánticos. Además, los puntos cuánticos de grafeno fabricados también han mostrado sensibilidad al ARN mitocondrial (miARN) y al ADN monocatenario (ssDNA), que se utiliza para el diagnóstico del cáncer.
El presente estudio tuvo como objetivo comparar las imágenes de fluorescencia y las propiedades de contraste de ultrasonido de varios metales dopados (Ag NP, Nd, Tm, CeCl3presidente2y MoS2) puntos cuánticos de grafeno nitrogenado en tejidos y células para estudiar su multifuncionalidad y evaluar sus ventajas sobre los fármacos existentes. Aquí, se estudiaron varios puntos cuánticos de grafeno dopado con metal para imágenes ultrasónicas y capacidades de fluorescencia de modo dual. in vitro y en fantasmas de tejido.
Los resultados mostraron que los puntos cuánticos de grafeno desarrollados dieron más del 80% de viabilidad celular hasta una dosis de dos miligramos por mililitro. Los pequeños tamaños de estos puntos cuánticos de grafeno garantizaron una internalización celular efectiva y los grupos funcionales de la superficie polar aumentaron la solubilidad en agua.
Además, los puntos cuánticos de grafeno nitrogenado dopado con metal mostraron una acumulación máxima en las células HEK-293 después de 6 a 12 horas de tratamiento. Además, los puntos cuánticos de grafeno preparados mostraron un aumento de 10 veces en la señal ultrasónica a una concentración de 0,5 a 1,6 miligramos mililitros en gel de agarosa, tejido animal y fantoma vascular.
Por lo tanto, el desarrollo y la aplicación de imágenes de fluorescencia multimodal y UCA pueden mejorar simultáneamente la identificación de células y tejidos, permitir el seguimiento de la administración terapéutica y facilitar el diagnóstico temprano en un entorno realista.
Conclusión
En resumen, el presente trabajo sugiere que el aumento de la densidad de la dispersión de ultrasonidos no es el único mecanismo para obtener imágenes y que el dopaje con metales juega un papel crucial en el contraste de ultrasonidos. Los puntos cuánticos de grafeno que contienen nitrógeno ligeramente dopados con metal son herramientas prometedoras de imágenes de fluorescencia visible y NIR y UCA.
Los puntos cuánticos de grafeno tienen dos modalidades de imagen complementarias con alta penetración, especificidad y precisión, lo que convierte a los puntos cuánticos de grafeno nitrogenados en una poderosa plataforma teragnóstica para la detección, la administración de fármacos y la imagen.
Relación
Valimukhametova, A. y otros. (2022). Imágenes de fluorescencia/ultrasonido de modo dual con puntos cuánticos de grafeno dopado con metal biocompatible. ACS Biomateriales Ciencia e Ingeniería. https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsbiomaterials.2c00794
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