Agenti di Contrasto per l'Opto-Acoustic Imaging

Photoacoustic Imaging (PAI) is a non-invasive imaging technique, that is under intense scrutiny in last ten years. It is based on the detection of an acoustic signal deriving from interaction between tissues and an electromagnetic (laser) radiation. It combine the advantages of optical techniques, such as high contrast and specificity, with the advantages of acoustic techniques, such as high resolution and tissue penetration. PAI is expected to have a great role in the field of medical diagnosis in the forthcoming years. For this reason there is currently a great interest to develop suitable contrast agents for this imaging modality. Due of high absorption in the tissue optical window and non-radiative emission of energy melanin represents a good endogenous contrast agent and can be considered for the design of exogenous contrast agents. In this study, we report the preparation of soluble models for PAI consisting of melanin¿albumin conjugates. Melanin¿BSA adducts were prepared with both eumelanic oligomers obtained through the oxidative polymerization of dopamine and pheomelanic oligomers obtained under the same conditions from dopamine and cysteine. Both conjugates were characterized as far as concern solubility, size and stability. In vitro toxicity tests and photoacoustic properties were carried out. In order to target prostate specific membrane antigen (PSMA) that are overexpressed on the outer membrane of prostate tumor cells the melanin-albumin conjugate (that showed the best PAI response) has been functionalized with a glutamate-urea heterodimeric inhibitor of prostate specific membrane antigen PSMA.

L'imaging fotoacustico (PAI) è una tecnica di imaging non invasiva che ha trovato grande sviluppo negli ultimi dieci anni. Si basa sull'acquisizione di un segnale acustico a seguito dell'eccitazione dei tessuti indagati con un laser di opportuna lunghezza d'onda. Permette, quindi, di combinare i vantaggi delle tecniche ottiche, come elevato contrasto e specificità, con i vantaggi delle tecniche acustiche, come alta risoluzione e penetrazione nei tessuti. C'è una grande aspettativa circa questa tecnica di imaging nel campo della diagnostica medica per cui vi è molto interesse nel ricercare opportuni mezzi di contrasto. Poiché l'assorbimento ottico nei tessuti biologici è dovuto principalmente a molecole endogene come l'emoglobina e la melanina, l'imaging fotoacustico è utilizzato in vivo per il monitoraggio dell'angiogenesi tumorale e l'ossigenazione del sangue, per l'imaging funzionale del cervello e per la diagnosi del melanoma. La melanina, a causa dell'elevato assorbimento nella finestra di trasparenza dei tessuti biologici e della quasi esclusiva emissione non radiativa di energia, è un buon agente di contrasto endogeno ma può rappresentare un'ottima base per la progettazione di agenti di contrasto esogeni. A tal fine è necessario superare l'ostacolo della sua scarsa solubilità in condizioni fisiologiche. In questo studio sono stati progettati, sintetizzati e caratterizzati diversi modelli solubili di melanina, derivanti dalla polimerizzazione ossidativa della dopamina in presenza di albumina (albumina di siero bovino, BSA) e di cisteina. Questi modelli di melanina sono stati caratterizzati in termini di solubilità, dimensioni e stabilità. Dopodichè sono stati testati in vitro per valutarne la tossicità e la loro risposta come agenti di contrasto per il fotoacustico. Inoltre, è stato sintetizzato e caratterizzato un vettore a base di glutammato-urea che si lega selettivamente con il recettore PSMA, sovraespresso sulla membrana esterna delle cellule tumorali della prostata. Questo vettore è stato bioconiugato al modello di melanina-BSA, che ha dato i migliori risultati in termini di emissione fotoacustica e di solubilità, al fine di ottenere un probe per l'imaging molecolare con la tecnica del fotoacustico.