Microbubbels bestuurd door akoestisch pincet geven geneesmiddelen lokaal af

Het is vaak een hele opgave om medicijnen op de juiste plek in het lichaam te krijgen. Een methode om dit probleem te verhelpen is het toedienen van medicatie via zogenaamde ‘microbubbels’, piepkleine belletjes gevuld met medicatie. Onderzoekers kunnen verschillende methoden gebruiken om deze belletjes te manipuleren, waaronder het gebruik van licht en geluid. Hoewel er al veel onderzoek is gedaan naar de rol van licht in de manipulatie van bubbels, is er over geluid nog een stuk minder bekend. Tot nu.

Een nieuwe studie laat zien dat het heel goed mogelijk is om microbellen te manipuleren door gebruik te maken van een "akoestisch pincet", waarbij geluidsgolven worden gebruikt om een ​​object zonder contact vast te houden. Door deze akoestische pincetten te testen op nagebootst biologisch materiaal, hebben de onderzoekers met succes de beperkingen van optische pincetten overtroffen. Co-auteur Dr. Valeria Garbin (TU-Delft): “De krachten die op deeltjes worden opgewekt met behulp van geluid kunnen duizenden keren groter zijn dan wanneer er gebruik gemaakt wordt van licht. Bovendien kan ultrageluid doordringen in ondoorzichtige media zoals weefsels, waardoor het voor het eerst mogelijk wordt om therapeutische deeltjes in het lichaam van een patiënt te manipuleren en nauwkeurig te positioneren.”

Contrastmiddel

“De microbubbels worden de laatste tijd grondig onderzocht en worden tevens gebruikt als contrastmiddel bij medische echografie. Het gecombineerde effect van hun detectie door middel van echografie met het laten vrijkomen van actieve stoffen door hetzelfde ultrageluid, lijkt veelbelovend voor lokale en gerichte behandeling van bepaalde tumoren. Door dit complexe proces te beheersen op de schaal van een enkele, geïsoleerde microbel, maken we de weg vrij voor ultra-gelokaliseerde therapie”, aldus Garbin.

Lokale afgifte van nanodeeltjes die door microbubbels getransporteerd worden, aangestuurd door een akoestisch pincet. © Diego Baresch, Institut de mécanique et d'ingénierie de Bordeaux (CNRS/Université de Bordeaux/Arts et Métiers Paristech/Bordeaux INP).

Expert in toegepaste natuurkunde Vincent Ginis (Vrije Universiteit Brussel): “Traditioneel is het, in vergelijking met optische golven, veel moeilijker om met hoge precisie deeltjes te manipuleren met behulp van geluidsgolven. Dit is enerzijds omdat de golflengte van die golven groter is en anderzijds omdat men over minder precieze technieken beschikt om die golven te manipuleren. De auteurs tonen in dit werk een heel bijzondere akoestische golf waarmee je een microbubbel met betere precisie kan manipuleren.”

Kleinere bellen

Hoogleraar fysische en medische akoestiek Michel Versluis (Universiteit Twente): “Het is een zeer baanbrekend onderzoek. Waar eerdere studies de microbubbels vooral getest hebben in een wateroplossing, gebruiken de onderzoekers nu een veel complexere viscoelastische gel. Wel zijn de bubbels nog minstens tien keer groter dan je in de praktijk nodig hebt. We moeten nu kijken naar kleinere bellen die klinisch relevant zijn. Als de bellen kleiner zijn, verandert alles: het effect van de viscositeit is op die kleine schaal anders, en ook het gedrag en de stabiliteit van de bellen. Bovendien is het door de auteurs gebruikte materiaal nog steeds vrij homogeen en niet hetzelfde als in ons doorbloede weefsel, waar de viscositeit niet constant is en de bloedcellen interacties aangaan met de belletjes”.

Versluis vervolgt: “Hoewel daadwerkelijk gebruik nog ver weg is, zijn het allemaal stappen die ons brengen bij ons uiteindelijke doel. Onderzoek moet van twee kanten komen: vanuit de fundamentele natuurkunde proberen we problemen zoveel mogelijk uit te kleden tot hun eenvoud, ontdaan van alle biologische complexiteit. Tegelijk moeten er vanuit de praktijk voorzichtig dingen geprobeerd worden, ook al is het fundamentele onderzoek nog niet klaar en beschikken we nog niet over alle kennis. Over een aantal jaar kom je elkaar ergens in het midden tegen waar alle disciplines samenkomen”.