Un matériau fantôme stable pour l’imagerie optique et acoustique
16 juin 2023
Ce protocole décrit la fabrication d’un matériau fantôme stable et biologiquement pertinent pour les applications d’imagerie biomédicale optique et acoustique, présentant des propriétés acoustiques et optiques accordables indépendamment.
Notre recherche est axée sur le développement de nouvelles modalités d’imagerie pour la détection précoce du cancer. Dans cette étude en particulier, nous nous sommes concentrés sur le développement d’un objet de test stable, également appelé fantôme, pour valider les modalités d’imagerie basées sur la lumière et / ou le son. Différentes ressources ont été proposées pour développer des matériaux imitant les tissus dans le régime optique acoustique.
Par exemple, PVA, hydrogels, polyuréthane ou PVCP. Cette étude se concentre sur un nouveau type de matériau prometteur basé sur la composition de l’huile polyman de base, qui surmonte de nombreux défis d’accordabilité et de stabilité. Le domaine de l’optique biomédicale couvre un large éventail de modalités d’imagerie qui peuvent être appliquées à certains des principaux défis auxquels la médecine est confrontée aujourd’hui.
La plupart des modalités d’imagerie optique sont relativement limitées en profondeur, mais nous pouvons également coupler la lumière avec le son grâce à l’effet photoacoustique pour tirer parti de certains des avantages de pénétration de profondeur des ultrasons. L’imagerie photoacoustique s’est révélée prometteuse dans un large éventail d’essais cliniques, de l’imagerie de l’inflammation au diagnostic du cancer. Cependant, l’évaluation quantitative du rendement demeure difficile en raison d’un manque de matériaux fantômes disponibles capables d’imiter avec précision les propriétés optiques et acoustiques des tissus et de rester stables dans le temps.
De nombreux nouveaux systèmes d’imagerie optique et photoacoustique sont en cours de développement, mais nous manquons d’un fantôme de référence normalisé pour valider ces systèmes et comparer leurs performances. Notre matériel est un candidat prometteur pour combler cette lacune et soutenir le développement et la traduction de ces nouvelles techniques passionnantes en clinique. À l’avenir, nous aimerions nous concentrer sur la création de conceptions et d’architectures fantômes plus anatomiquement réalistes qui conviennent à l’évaluation des performances de différentes configurations de systèmes.
Par exemple, les systèmes microscopiques, mésoscopiques et macroscopiques, qui ont des géométries et des résolutions spatiales différentes.
Aperçu
Cette étude présente un protocole permettant de créer un matériau fantôme stable conçu pour l'imagerie biomédicale optique et acoustique. Le matériau fantôme possède des propriétés acoustiques et optiques ajustables, répondant ainsi aux défis liés à la validation des modalités d'imagerie.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Imagerie biomédicale
- Imagerie optique
- Imagerie acoustique
Contexte
- Le développement de matériaux imitant les tissus est essentiel pour valider les techniques d'imagerie.
- Les matériaux existants manquent souvent de stabilité et de réglabilité.
- L'imagerie photoacoustique combine la lumière et le son pour une pénétration plus profonde dans les tissus.
- Des fantômes de référence normalisés sont nécessaires pour évaluer les performances des systèmes d'imagerie.
Objectif de l'étude
- Concevoir un matériau fantôme stable pour l'imagerie optique et acoustique.
- Proposer une solution au manque de matériaux fantômes fiables en optique biomédicale.
- Faciliter le développement et le transfert de nouvelles techniques d'imagerie vers des applications cliniques.
Méthodes utilisées
- Sonication du dioxyde de titane et du colorant dans l'huile minérale.
- Chauffage et mélange des polymères (SEBS et LDPE) dans la solution soniquée.
- Élimination sous vide des bulles d'air du mélange.
- Versement de la solution dans des moules et prise à température ambiante.
Résultats principaux
- Préparation réussie d'un matériau fantôme lisse et homogène.
- Trois conceptions distinctes de fantômes ont été créées pour différents systèmes d'imagerie.
- Le matériau a démontré une stabilité et une possibilité de réglage des propriétés optiques et acoustiques.
- Résolution des défis posés par les matériaux fantômes existants en imagerie photoacoustique.
Conclusions
- Le matériau fantôme développé est un candidat prometteur pour la validation des modalités d'imagerie.
- Les travaux futurs porteront sur la création de conceptions réalistes sur le plan anatomique.
- Cette recherche soutient l'amélioration des techniques d'imagerie dans les applications cliniques.
Questions fréquemment posées
Pertinence industrielle pour les cadres
Des matériaux fantômes normalisés et stables sont essentiels pour l'évaluation comparative et la validation des plateformes d'imagerie optique et acoustique dans la recherche et le développement en biopharmacie. Ce fantôme à base de copolymère dans l'huile permet une comparaison reproductible et quantitative des dispositifs et soutient l'élaboration de normes d'imagerie interinstitutionnelles. Ses propriétés ajustables et imitant les tissus influencent directement les flux de travail en imagerie translationnelle et l'adoption des technologies.
Applications stratégiques en recherche et développement en biopharmaceutique
Début de la découverte et validation de la cible
- Permet des tests rigoureux des hypothèses portant sur les systèmes de détection de biomarqueurs fondés sur l'imagerie.
- Contribue à l'atténuation des risques mécanistiques en fournissant des conditions d'essai biologiquement pertinentes et reproductibles.
- Facilite la validation fonctionnelle des cibles d'imagerie grâce à des matériaux de référence normalisés.
Développement de tests et criblage
- Fournit un substrat validé pour l'étalonnage quantitatif des dosages et la standardisation des dispositifs.
- Garantit la reproductibilité et la comparabilité des résultats d'imagerie entre différentes plateformes et sites.
- Permet une préparation évolutible et reproductible adaptée aux environnements de criblage à haut débit.
Recherche translationnelle et préclinique
- Aligne les performances du système d'imagerie avec les propriétés tissulaires pertinentes pour la maladie, assurant une continuité translationnelle.
- Permet la validation de modèles précliniques en imitant les caractéristiques acoustiques et optiques des tissus humains.
- Réduit le risque lié à l'application clinique des biomarqueurs d'imagerie.
Intégration du pipeline et du flux de travail
Ce matériau fantôme s'intègre dans la continuité de la validation par imagerie, depuis la phase de découverte précoce jusqu'au développement préclinique, en soutenant l'étalonnage des dispositifs, le développement de tests et la recherche translationnelle.
- Biologie de la découverte : Fournit un environnement contrôlé pour des études d'imagerie fondées sur des hypothèses et l'analyse de voies biologiques.
- Écrantage : Fournit des mesures quantitatives reproductibles pour l'évaluation comparative des dispositifs et des tests.
- Analytique : Permet une mesure précise des paramètres acoustiques et optiques afin de comparer différents systèmes.
- Recherche translationnelle : Établit un lien entre la validation de l'imagerie préclinique et la traduction clinique en imitant les propriétés tissulaires pertinentes.
- Réutilisation en entreprise : Offre une norme durable et évolutive pour l'évaluation continue des plateformes d'imagerie et le développement de méthodes.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Accroît la confiance prédictive et réduit l'ambiguïté dans la validation des cibles basée sur l'imagerie.
- Valeur opérationnelle : Standardise les flux de travail d'imagerie et améliore la reproductibilité entre les équipes de recherche et développement.
- Valeur stratégique : Améliore la prise de décision « aller/ne pas aller » concernant les investissements dans les technologies d'imagerie et l'avancement des portefeuilles de projets.
- Impact sur le portefeuille : Permet une priorisation ajustée au risque des modalités d'imagerie et des stratégies de biomarqueurs translationnels.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite une expertise dans la préparation des matériaux et l'étalonnage du système d'imagerie.
- Exige un accès à un équipement de sonication, de chauffage et sous vide pour une fabrication reproductible.
- Implique une standardisation inter-équipes des protocoles de préparation des fantômes et d'imagerie.
- Adaptable à diverses géométries d'imagerie et configurations de système, comme le montre le protocole.
- L'homogénéité et l'élimination des bulles d'air sont essentielles pour des résultats d'imagerie fiables.
