Dr. Mikhail Shapiro var intresserad av att utveckla nanoskala avbildningsmedel för ultraljud för att möjliggöra icke-invasiv avbildning av ett mycket bredare spektrum av biologiska och biomedicinska händelser i kroppen. Att vända sig till naturen för inspiration, han och hans kollegor vid Caltech och UC Berkeley, framgångsrikt skapat det första ultraljudsavbildningsmedlet baserat på genetiskt kodade gasinnehållande strukturer.

Shapiros team använde fotosyntetiska mikroorganismer som bildar gasnanostrukturer som kallas "gasblåsor, "som forskarna upptäckte var utmärkta avbildningsmedel för ultraljud, med flera unika egenskaper som gör dem särskilt användbara i biomedicinska tillämpningar.

Denna nya nanoteknologiska metod öppnar dörren till ett brett utbud av potentiella bildbehandlingstillämpningar där nanometerstorleken är fördelaktig, (t.ex., vid märkning av mål utanför blodomloppet), och kan ha en betydande inverkan på ultraljud - en av de mest använda avbildningsmetoderna inom biomedicin.

Tidigare, de flesta ultraljudsavbildningsmedel var baserade på små gasbubblor, som ultraljud kan upptäcka eftersom de har en annan densitet än omgivningen och kan resonera med ljudvågor. Tyvärr, dessa "mikrobubblor" kunde bara syntetiseras i storlekar på flera mikroner (eller större) på grund av deras grundläggande fysik:ju mindre du försökte göra dem, desto mindre stabila blev de. Som ett resultat, de var alltid begränsade till blodomloppet och kunde bara avbilda ett begränsat antal biologiska mål.

Forskarna ville hitta ett annat sätt att göra gasfyllda strukturer som kan vara nanoskala. Särskilt, vissa fotosyntetiska mikroorganismer reglerar deras flytkraft genom att bilda proteinskalade gasnanostrukturer som kallas "gasblåsor" inuti cellkroppen. Dessa strukturer interagerar med gas på ett sätt som är fundamentalt annorlunda än mikrobubblor, så att de kan ha nanometerstorlek. I den här studien, de upptäckte att gasvesiklar är utmärkta avbildningsmedel för ultraljud.

Forskarna visade att de enkelt kunde fästa biomolekyler på gasvesikelytan för att möjliggöra målsökning. Dessutom, eftersom dessa strukturer kodas som gener, de har nu en chans att modifiera dessa gener för att optimera gasvesiklarnas ultraljudsegenskaper. Redan teamet har visat att gasvesiklar från olika arter, som varierar i genetisk sekvens, uppvisa olika egenskaper som kan användas för att, till exempel, skilja dem från varandra i en ultraljudsbild.