Kolorowe USG dzięki białkom

Dzięki analizie odbić ultradźwięków od tkanek, badania ultrasonograficzne (USG) pozwalają uzyskiwać obrazy ukazujące zarówno kształty narządów, jak i różnice gęstości w ich obrębie. Dlatego znalazły szerokie zastosowanie: od monitorowania rozwoju płodu po badania narządów jamy brzusznej, stawów czy oczu.

Naukowcy z California Institute of Technology (Caltech) chcą rozszerzyć możliwości ultrasonografii - tak, aby możliwe stało się wykrywanie za jej pomocą specyficznych rodzajów komórek - przerzutów nowotworowych czy bakterii w jelitach. W tym celu stworzyli pokryte warstwą białka pęcherzyki gazu. Pęcherzyki bardzo mocno odbijają ultradźwięki i są wyraźnie widoczne na obrazie USG - stanowią swego rodzaju środek kontrastujący. Dzięki właściwościom pokrywających je białek dają szczególnie wyraźny sygnał i wiążą się ze specyficznymi białkami, a uzyskany obraz może być kolorowy (zamiast tylko w odcieniach szarości).

Główny autor badań, prof. Mikhail Shapiro porównuje zastosowane białka do molekularnych klocków Lego - wymieniając poszczególne fragmenty na powierzchni pęcherzyka można zmieniać ich powinowactwo do konkretnych komórek oraz mechaniczne właściwości pęcherzyka.

Wcześniejsze badania Shapiro (z roku 2014) dotyczyły "naturalnych pęcherzyków" - żyjących w wodzie jednokomórkowych organizmów, takich jak sinice Anabaena flos-aquae. Obecność gazu pozwala sinicom kontrolować głębokość, na jakiej się znajdują, a co za tym idzie - ekspozycję na światło słoneczne. Wstrzyknięte myszom sinice sprawdziły się jako ultrasonograficzny środek kontrastujący, ale do doskonałości sporo im brakowało.

Podczas najnowszych badań naukowcy wykorzystali jako pokrycie pęcherzyków białko o nazwie GvpC. Dzięki białku pęcherzyki są mechanicznie wytrzymalsze i stabilne, przy czym te właściwości można modyfikować, zmieniając długość cząsteczki białka.  Różnice właściwości mechanicznych sprawiają, że opakowane w białko pęcherzyki wpadają w rezonans przy różnych częstotliwościach ultradźwięków. Podczas rezonansu powstają fale o częstotliwościach harmonicznych, które wyraźnie się odróżniają od pozostałych odbieranych fal. Stosując trzy rodzaje pęcherzyków, różniące się własnościami mechanicznymi rezonansu, można przypisać im trzy kolory i uzyskać kolorowy obraz USG.

By ułatwić wykrywanie przerzutów, można również tak zmodyfikować białka, aby wiązał się z integrynami, sekwencjami aminokwasów, które są w zwiększonych ilościach wytwarzane przez komórki nowotworowe.