Dr. Mikhail Shapiro was geïnteresseerd in het ontwikkelen van beeldvormingsmiddelen op nanoschaal voor ultrageluid om niet-invasieve beeldvorming mogelijk te maken van een veel breder scala aan biologische en biomedische gebeurtenissen in het lichaam. Voor inspiratie wenden we ons tot de natuur, hij en zijn collega's bij Caltech en UC Berkeley, heeft met succes het eerste ultrasone beeldvormingsmiddel gemaakt op basis van genetisch gecodeerde gasbevattende structuren.

Shapiro's team maakte gebruik van fotosynthetische micro-organismen die gas-nanostructuren vormen die 'gasblaasjes' worden genoemd. " waarvan de onderzoekers ontdekten dat het uitstekende beeldvormende middelen waren voor echografie, met verschillende unieke eigenschappen waardoor ze bijzonder nuttig zijn in biomedische toepassingen.

Deze nieuwe nanotechnologiemethode opent de deur naar een breed scala aan potentiële beeldvormingstoepassingen waarbij de nanometergrootte voordelig is, (bijv. bij het labelen van doelen buiten de bloedbaan), en zou een aanzienlijke impact kunnen hebben op echografie - een van de meest gebruikte beeldvormende modaliteiten in de biogeneeskunde.

Eerder, de meeste ultrasone beeldvormingsmiddelen waren gebaseerd op kleine gasbelletjes, die ultrageluid kan detecteren omdat ze een andere dichtheid hebben dan hun omgeving en kunnen resoneren met geluidsgolven. Helaas, deze "microbellen" konden alleen worden gesynthetiseerd in groottes van enkele microns (of groter) vanwege hun fundamentele fysica:hoe kleiner je ze probeerde te maken, hoe minder stabiel ze werden. Als resultaat, ze waren altijd beperkt tot de bloedbaan en konden slechts een beperkt aantal biologische doelen in beeld brengen.

De onderzoekers wilden een andere manier vinden om met gas gevulde structuren te maken die op nanoschaal zouden kunnen zijn. Vooral, bepaalde fotosynthetische micro-organismen reguleren hun drijfvermogen door in het cellichaam gas-nanostructuren met een eiwitomhulsel te vormen die "gasblaasjes" worden genoemd. Deze structuren interageren met gas op een manier die fundamenteel verschilt van microbellen, waardoor ze nanometergrootte hebben. In dit onderzoek, ze ontdekten dat gasblaasjes uitstekende beeldvormende middelen zijn voor echografie.

De onderzoekers toonden aan dat ze gemakkelijk biomoleculen aan het oppervlak van de gasblaasjes konden hechten om targeting mogelijk te maken. In aanvulling, omdat deze structuren worden gecodeerd als genen, ze hebben nu de kans om deze genen te modificeren om de ultrasone eigenschappen van de gasblaasjes te optimaliseren. Het team heeft al aangetoond dat gasblaasjes van verschillende soorten, die variëren in genetische volgorde, vertonen verschillende eigenschappen die kunnen worden gebruikt om, bijvoorbeeld, onderscheid ze van elkaar in een echografie.