Un materiale fantasma stabile per l'imaging ottico e acustico
16 giugno 2023
Questo protocollo descrive la fabbricazione di un materiale fantasma stabile e biologicamente rilevante per applicazioni di imaging biomedico ottico e acustico, caratterizzato da proprietà acustiche e ottiche sintonizzabili in modo indipendente.
La nostra ricerca è focalizzata sullo sviluppo di nuove modalità di imaging per la diagnosi precoce del cancro. In questo studio in particolare, ci siamo concentrati sullo sviluppo di un oggetto di test stabile, o anche chiamato fantasma, per convalidare le modalità di imaging basate su luce e / o suono. Sono state proposte diverse risorse per sviluppare materiali che imitano i tessuti nel regime ottico acustico.
Ad esempio, PVA, idrogel, poliuretano o PVCP. Questo studio si concentra su un nuovo tipo di materiale promettente basato sulla composizione dell'olio polyman, che supera molte delle sfide di sintonizzazione e stabilità. Il campo dell'ottica biomedica copre una vasta gamma di modalità di imaging che possono essere applicate ad alcune delle principali sfide che la medicina deve affrontare oggi.
Molte delle modalità di imaging ottico sono relativamente limitate in profondità, ma possiamo anche accoppiare la luce con il suono attraverso l'effetto fotoacustico per sfruttare alcuni dei vantaggi della penetrazione della profondità degli ultrasuoni. L'imaging fotoacustico ha mostrato risultati promettenti in una vasta gamma di studi clinici, dall'imaging dell'infiammazione alla diagnosi del cancro. Tuttavia, la valutazione quantitativa delle prestazioni rimane impegnativa a causa della mancanza di materiali fantasma disponibili in grado di imitare accuratamente le proprietà ottiche e acustiche dei tessuti e rimanere stabili nel tempo.
Molti nuovi sistemi di imaging ottico e fotoacustico sono in fase di sviluppo, ma manca un fantasma di riferimento standardizzato per convalidare tali sistemi e confrontare le loro prestazioni. Il nostro materiale è un candidato promettente per colmare questa lacuna e sostenere l'ulteriore sviluppo e la traduzione di queste nuove entusiasmanti tecniche nella clinica. In futuro, vorremmo concentrarci sulla creazione di progetti e architetture fantasma più anatomicamente realistici che siano adatti a valutare le prestazioni di diverse configurazioni di sistema.
Ad esempio, sistemi microscopici, mesoscopici e macroscopici, che hanno geometrie e risoluzioni spaziali diverse.
Panoramica
Questo studio presenta un protocollo per la creazione di un materiale stabile per fantocci progettato per l'imaging biomedico ottico e acustico. Il materiale per fantocci presenta proprietà acustiche e ottiche regolabili, affrontando le sfide nella validazione delle modalità di imaging.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Immagini biomediche
- Immagini ottiche
- Immagini acustiche
Sfondo
- Lo sviluppo di materiali che imitano i tessuti è fondamentale per la validazione delle tecniche di imaging.
- I materiali esistenti spesso mancano di stabilità e regolabilità.
- L'imaging fotoacustico combina luce e suono per una maggiore penetrazione nei tessuti.
- Sono necessari fantocci di riferimento standardizzati per la valutazione delle prestazioni dei sistemi di imaging.
Scopo dello studio
- Realizzare un materiale stabile per fantocci utilizzabile nell'imaging ottico e acustico.
- Fornire una soluzione alla mancanza di materiali per fantocci affidabili nell'ambito dell'ottica biomedica.
- Sostenere lo sviluppo e la traduzione di nuove tecniche di imaging in contesti clinici.
Metodi Utilizzati
- Sonicazione di biossido di titanio e colorante in olio minerale.
- Riscaldamento e mescolamento di polimeri (SEBS e LDPE) nella soluzione sottoposta a sonificazione.
- Rimozione sottovuoto delle bolle d'aria dalla miscela.
- Versamento della soluzione in stampi e indurimento a temperatura ambiente.
Risultati principali
- Preparazione con successo di un materiale fantoccio liscio e omogeneo.
- Sono stati creati tre diversi design di fantocci per diversi sistemi di imaging.
- Il materiale ha dimostrato stabilità e regolabilità delle proprietà ottiche e acustiche.
- Risoluzione delle difficoltà presenti nei materiali fantoccio esistenti per l'imaging fotoacustico.
Conclusioni
- Il materiale del fantoccio sviluppato è un candidato promettente per la validazione delle modalità di imaging.
- I futuri sviluppi si concentreranno sulla creazione di progetti anatomicamente realistici.
- Questa ricerca contribuisce al progresso delle tecniche di imaging in ambito clinico.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Metodo
Materiali di phantom standardizzati e stabili sono fondamentali per il benchmarking e la validazione delle piattaforme di imaging ottico e acustico nell'ambito della ricerca e sviluppo biofarmaceutica. Questo phantom a base di copolimero in olio consente un confronto riproducibile e quantitativo tra dispositivi e favorisce lo sviluppo di standard di imaging condivisi tra istituzioni. Le sue proprietà regolabili e simili ai tessuti influenzano direttamente i flussi di lavoro di imaging traslazionale e l'adozione delle tecnologie.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo di Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Bersaglio
- Permette test rigorosi delle ipotesi sui sistemi di rilevamento di biomarcatori basati sull'imaging.
- Supporta la riduzione del rischio meccanicistico fornendo condizioni di prova biologicamente rilevanti e riproducibili.
- Facilita la validazione funzionale delle target di imaging attraverso materiali di riferimento standardizzati.
Sviluppo di screening e saggi
- Fornisce un substrato validato per la calibrazione quantitativa dei saggi e la standardizzazione dei dispositivi.
- Garantisce riproducibilità e confrontabilità dei risultati di imaging tra diverse piattaforme e siti.
- Permette una preparazione scalabile e ripetibile in ambienti per lo screening ad alto rendimento.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Allinea le prestazioni del sistema di imaging alle proprietà dei tessuti pertinenti alla malattia per garantire continuità traslazionale.
- Supporta la validazione di modelli preclinici riproducendo le caratteristiche acustiche e ottiche dei tessuti umani.
- Riduce il rischio nel progresso dei biomarcatori di imaging verso l'applicazione clinica.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Questo materiale fantoccio si integra nel percorso di validazione dell'imaging, dalla fase iniziale di scoperta fino allo sviluppo preclinico, supportando la calibrazione dei dispositivi, lo sviluppo dei saggi e la ricerca traslazionale.
- Biologia della scoperta: Fornisce un ambiente controllato per studi di imaging basati su ipotesi e per l'analisi dei percorsi biologici.
- Screening: Fornisce letture quantitative e riproducibili per il confronto di dispositivi e saggi.
- Analisi: Consente misurazioni precise di parametri acustici e ottici per il confronto tra sistemi diversi.
- Ricerca traslazionale: Collega la validazione dell'imaging preclinico alla traduzione clinica, riproducendo proprietà dei tessuti rilevanti.
- Riutilizzo aziendale: Offre uno standard duraturo e scalabile per la valutazione continua delle piattaforme di imaging e lo sviluppo di metodi.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Aumenta la fiducia predittiva e riduce l'ambiguità nella validazione degli obiettivi basata sull'imaging.
- Valore operativo: Standardizza i flussi di lavoro di imaging e migliora la riproducibilità tra i team di ricerca e sviluppo.
- Valore strategico: Migliora il processo decisionale di avanzamento o interruzione per gli investimenti in tecnologie di imaging e per la progressione del portafoglio.
- Impatto sul portafoglio: Permette una priorizzazione adeguata al rischio delle modalità di imaging e delle strategie di biomarcatori traslazionali.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze nella preparazione dei materiali e nella calibrazione del sistema di imaging.
- Necessita dell'accesso a strumentazione per sonicazione, riscaldamento e vuoto per una fabbricazione riproducibile.
- Richiede una standardizzazione condivisa tra i gruppi di lavoro per la preparazione dei fantocci e i protocolli di imaging.
- Adattabile a diverse geometrie di imaging e configurazioni del sistema, come dimostrato nel protocollo.
- L'omogeneità e la rimozione delle bolle d'aria sono fondamentali per ottenere risultati di imaging affidabili.
