Om traditionell läkemedelsleverans var en typ av målning, det kan likna paintball. Med gott mål, en majoritet av färgen slutar på bullseye, men det droppar och stänker också, bära färgströmmar över målet.

Om läkemedlet behöver komma in i blodomloppet och cirkulera i hela kroppen för att behandla sjukdomar var det än är, det här paintballliknande leveranssystemet kan fungera. Men det kommer inte att fungera för riktad och exakt läkemedelsleverans.

En mer akut leveransmetod skulle se mer ut som att "måla med siffror, "en teknik som skulle möjliggöra exakt leverans av en viss mängd läkemedel till en exakt plats. Forskare vid James McKelvey School of Engineering och School of Medicine vid Washington University i St. Louis utvecklar de verktyg som är nödvändiga för ett sådant läkemedelsleveranssystem , som de kallar kavitation dosmålning.

Deras forskning publicerades online denna vecka i Vetenskapliga rapporter .

Med fokuserat ultraljud med kontrastmedel, mikrobubblor, för att leverera läkemedel över blod-hjärnbarriären (FUS-BBBD), forskargruppen, ledd av Hong Chen, biträdande professor i biomedicinsk teknik vid McKelvey School of Engineering, och biträdande professor i strålningsonkologi vid School of Medicine, kunde övervinna en del av osäkerheten om läkemedelsleverans.

Denna metod drar fördel av mikrobubblorna som expanderar och drar ihop sig när de interagerar med ultraljudet, pumpar i huvudsak det intravenöst tillförda läkemedlet till vart ultraljudet än pekar.

För att avgöra var och hur mycket av läkemedlen som levererades, forskarna använde nanopartiklar märkta med radiomärken för att representera läkemedelspartiklar, använde sedan positronemissionstomografi (PET) för att spåra var de befinner sig och koncentrationer. De kunde sedan skapa en detaljerad bild, visar var nanopartiklarna tog vägen och i vilka koncentrationer.

Det finns en hitch, fastän.

"Problemet är, PET -avbildning är dyr och förknippad med radioaktiv exponering, "Sa Chen.

Så teamet vände sig till passiv kavitationsavbildning (PCI), en ultraljudsavbildningsteknik som har utvecklats av flera grupper för att avbilda den rumsliga fördelningen av mikrobubbelkavitation, eller oscillationen av mikrobubblor i ultraljudsfältet.

För att avgöra om PCI också exakt kan bestämma mängden läkemedel på en viss plats, de korrelerade en PCI -bild med en PET -bild (som de visste kan kvantifiera koncentrationen av radioaktiva medel).

"Vi fann att det finns pixel för pixel -korrelation mellan ultraljudsbildning och PET -avbildning, "Sa Yaoheng Yang, huvudförfattaren till denna studie och ett andra års doktorsexamen student vid Institutionen för biomedicinsk teknik. PCI -bilden, därför, kan användas för att förutsäga vart ett läkemedel går och hur mycket läkemedel det finns. Därav, hon kallade den nya tekniken kavitation dosmålning.

Går framåt, Chen tror att denna metod drastiskt kan förändra hur vissa läkemedel levereras. Genom att använda kavitationsdosmålning tillsammans med fokuserad ultraljud kan läkare leverera exakta mängder läkemedel till specifika platser, till exempel, riktar sig till olika områden av en tumör med exakthet.

"Jag tror att denna kavitationsdosmålningsteknik i kombination med fokuserad ultraljudsaktiverad hjärnmedicinleverans öppnar nya horisonter för rumsligt riktad och modulerad hjärnmedicinleverans, "Sa Chen.

Hon har nyligen fått 1,6 miljoner dollar bidrag från National Institutes of Health (NIH) National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering för att arbeta med att kombinera intranasal läkemedelsleverans och fokuserat ultraljud (FUSIN) med denna forskning.

Forskargruppen från Washington University School of Medicine inkluderade Xiaohui Zhang, postdoktor i radiologi; Richard Laforest, docent i radiologi; Yongjian Liu, docent i radiologi; och Jeffrey F.Williamson, professor i strålningsonkologi. Från McKelvey Engineering:Haoheng Yang; och Dezhuang Ye.