Un material fantasma estable para imágenes ópticas y acústicas
16 de junio de 2023
Este protocolo describe la fabricación de un material fantasma estable y biológicamente relevante para aplicaciones de imágenes biomédicas ópticas y acústicas, con propiedades acústicas y ópticas sintonizables de forma independiente.
Nuestra investigación se centra en el desarrollo de nuevas modalidades de imagen para la detección temprana del cáncer. En este estudio en particular, nos centramos en desarrollar un objeto de prueba estable, o también llamado fantasma, para validar las modalidades de imagen basadas en la luz y / o el sonido. Se han propuesto diferentes recursos para desarrollar materiales que imitan el tejido en el régimen óptico acústico.
Por ejemplo, PVA, hidrogeles, poliuretano o PVCP. Este estudio se centra en un nuevo tipo de material prometedor basado en la composición del aceite de poliman, que supera muchos de los desafíos de ajuste y estabilidad. El campo de la óptica biomédica cubre una amplia gama de modalidades de imagen que se pueden aplicar a algunos de los desafíos clave que enfrenta la medicina actual.
Muchas de las modalidades de imágenes ópticas son relativamente limitadas en profundidad, pero también podemos acoplar la luz con el sonido a través del efecto fotoacústico para aprovechar algunos de los beneficios de penetración de profundidad del ultrasonido. Las imágenes fotoacústicas se han mostrado prometedoras en una amplia gama de ensayos clínicos, desde imágenes de inflamación hasta diagnóstico de cáncer. Sin embargo, la evaluación cuantitativa del rendimiento sigue siendo un desafío debido a la falta de materiales fantasmas disponibles que puedan imitar con precisión las propiedades ópticas y acústicas del tejido y permanecer estables a lo largo del tiempo.
Se están desarrollando muchos nuevos sistemas de imágenes ópticas y fotoacústicas, pero carecemos de un fantasma de referencia estandarizado para validar esos sistemas y comparar su rendimiento. Nuestro material es un candidato prometedor para llenar este vacío y apoyar un mayor desarrollo y traducción de estas nuevas y emocionantes técnicas en la clínica. En el futuro, nos gustaría centrarnos en crear diseños y arquitecturas fantasmas más anatómicamente realistas que sean adecuados para evaluar el rendimiento de diferentes configuraciones de sistemas.
Por ejemplo, sistemas microscópicos, mesoscópicos y macroscópicos, que tienen diferentes geometrías y resoluciones espaciales.
Descripción general
Este estudio presenta un protocolo para crear un material de fantasma estable diseñado para imágenes biomédicas ópticas y acústicas. El material de fantasma posee propiedades acústicas y ópticas ajustables, abordando los desafíos en la validación de modalidades de imagen.
Componentes Clave del Estudio
Área de la ciencia
- Imagen biomédica
- Imagen óptica
- Imagen acústica
Antecedentes
- El desarrollo de materiales que imitan los tejidos es fundamental para validar técnicas de imagen.
- Los materiales existentes a menudo carecen de estabilidad y capacidad de ajuste.
- La imagen fotoacústica combina luz y sonido para lograr una mayor penetración en los tejidos.
- Se necesitan fantasmas de referencia estandarizados para la evaluación del desempeño de los sistemas de imagen.
Objetivo del estudio
- Para fabricar un material estable de fantasma para imágenes ópticas y acústicas.
- Para proporcionar una solución a la falta de materiales de fantasma confiables en óptica biomédica.
- Para apoyar el desarrollo y la traslación de nuevas técnicas de imagen a entornos clínicos.
Métodos Utilizados
- Sonicación del dióxido de titanio y el colorante en aceite mineral.
- Calentamiento y mezcla de polímeros (SEBS y LDPE) en la disolución sonificada.
- Eliminación al vacío de las burbujas de aire de la mezcla.
- Vertido de la disolución en moldes y endurecimiento a temperatura ambiente.
Resultados principales
- Preparación exitosa de un material de fantasma liso y homogéneo.
- Se crearon tres diseños distintos de fantasma para diferentes sistemas de imagen.
- El material demostró estabilidad y capacidad de ajuste en propiedades ópticas y acústicas.
- Se abordaron los desafíos en los materiales de fantasma existentes para la imagen fotoacústica.
Conclusiones
- El material de fantasma desarrollado es un candidato prometedor para la validación de modalidades de imagen.
- El trabajo futuro se centrará en la creación de diseños anatómicamente realistas.
- Esta investigación apoya el avance de las técnicas de imagen en aplicaciones clínicas.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
Los materiales de fantasma estandarizados y estables son fundamentales para la evaluación y validación de plataformas de imagen óptica y acústica en la I+D de biofármacos. Este fantasma de copolímero en aceite permite la comparación reproducible y cuantitativa de dispositivos y apoya el desarrollo de estándares de imagen entre instituciones. Sus propiedades ajustables que imitan los tejidos impactan directamente en los flujos de trabajo de imagen translacional y en la adopción de tecnologías.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Permite pruebas rigurosas de hipótesis en sistemas de detección de biomarcadores basados en imágenes.
- Apoya la reducción de riesgos mecanicistas al proporcionar condiciones de prueba biológicamente relevantes y reproducibles.
- Facilita la validación funcional de objetivos de imagen mediante materiales de referencia estandarizados.
Desarrollo de Cribado y Ensayos
- Proporciona un sustrato validado para la calibración cuantitativa de ensayos y la normalización de dispositivos.
- Asegura la reproducibilidad y comparabilidad de los resultados de imagen entre plataformas y sitios.
- Permite una preparación escalable y repetible para entornos de cribado de alto rendimiento.
Investigación Traductacional y Preclínica
- Alinea el rendimiento del sistema de imagen con las propiedades del tejido relevantes para la enfermedad, garantizando una continuidad traslacional.
- Apoya la validación de modelos preclínicos al imitar las características acústicas y ópticas del tejido humano.
- Reduce el riesgo al avanzar en biomarcadores de imagen hacia su aplicación clínica.
Integración de la canalización y flujo de trabajo
Este material fantasma se integra en el continuo de validación de imágenes desde el descubrimiento inicial hasta el desarrollo preclínico, apoyando la calibración de dispositivos, el desarrollo de ensayos y la investigación traslacional.
- Biología del Descubrimiento: Proporciona un entorno controlado para estudios de imagen basados en hipótesis y la interrogación de vías.
- Selección: Ofrece lecturas cuantitativas reproducibles para la evaluación de dispositivos y ensayos.
- Análisis: Permite la medición precisa de parámetros acústicos y ópticos para la comparación entre sistemas.
- Investigación Traducional: Conecta la validación de imagen preclínica con la traducción clínica mediante la simulación de propiedades tisulares relevantes.
- Reutilización Empresarial: Ofrece un estándar duradero y escalable para la evaluación continua de plataformas de imagen y el desarrollo de métodos.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Aumenta la confianza predictiva y reduce la ambigüedad en la validación de objetivos basada en imágenes.
- Valor operativo: Estandariza los flujos de trabajo de imagen y mejora la reproducibilidad entre los equipos de I+D.
- Valor estratégico: Mejora la toma de decisiones de avance o interrupción en inversiones en tecnologías de imagen y en el avance de la cartera.
- Impacto en la cartera: Permite la priorización ajustada al riesgo de modalidades de imagen y estrategias de biomarcadores traslacionales.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en la preparación de materiales y la calibración del sistema de imagenología.
- Necesita acceso a equipos de sonicación, calentamiento y vacío para una fabricación reproducible.
- Exige la estandarización entre equipos de los protocolos de preparación de fantasmas y de adquisición de imágenes.
- Adaptable a diversas geometrías de imagenología y configuraciones del sistema, como se demuestra en el protocolo.
- La homogeneidad y la eliminación de burbujas de aire son fundamentales para obtener resultados de imagenología confiables.
