1.3.1. Tác nhân tương phản trong siêu âm
Vi bọt có khả năng phản xạ âm cao do chịu nén ở các cường độ siêu âm khác nhau tốt hơn nhiều so với chất lỏng và chất rắn [25]. Đồng thời khi vi bọt chịu tác động của sóng âm tại một tần số phù hợp, sẽ xảy ra hiện tượng cộng hưởng âm. Và rất may mắn là vi bọt ở kích thước micromet cộng hưởng dải tần số thường dùng trong siêu âm chẩn đoán thông thường (1-3MHz).
Sử dụng vi bọt làm tác nhân tương phản trong siêu âm chẩn đoán có hai đặc tính độc đáo mà không có ở các tác nhân sử dụng trong kỹ thuật chụp X- quang hay chụp cộng hưởng từ. Thứ nhất là vi bọt có kích thước lớn hơn 1μm nên chúng bị giới hạn phân bố bên trong không gian mạch máu và chỉ phân bố đúng trong không gian mạch máu. Do đó, khi có bất kỳ một tín hiệu nào nhận được thì chắc chắn đó là tín hiệu đến từ không gian mạch máu. Thứ hai, vi bọt có thể bị phá hủy bởi chính sóng siêu âm, ứng dụng trong điều trị hướng đích [49].
Vi bọt đã giúp cải thiện đáng kể chất lượng hình ảnh trong các trường hợp siêu âm chẩn đoán sau:
Hình ảnh buồng tim
Sử dụng tác nhân tương phản vi bọt để lấp đầy buồng tim đã cho những tín hiệu nổi bật ở khoang thất trái giúp đánh giá chuyển động của nó trong quá trình tâm thu. Phân định rõ được biên giới của tâm thất còn giúp đánh giá toàn bộ chức năng tim bằng cách đo phân suất tống máu (tỉ lệ máu trong tâm thất trái được đẩy ra trong một nhịp tim) và theo dõi chuyển động của thành tim hay sự tưới máu của động mạch vành để phát hiện bệnh thiểu năng mạch vành.
Hình ảnh mạch máu
Khi tiến hành chụp ảnh mạch máu, tác nhân tương phản siêu âm vi bọt
11
giúp: xác định được rằng các mạch máu có bị tắc hay không; đánh giá được những bất thường của thành mạch máu như phát hiện các mảng xơ vữa và đánh giá ảnh hưởng của chúng đến lưu lượng dòng máu; xác định hướng dòng chảy và vận tốc dòng máu thông qua chu kỳ tim ở trạng thái bình thường; thu được những hình ảnh chụp X-quang mạch máu giống như cây mạch máu trong các cơ quan [35], [56].
Hình ảnh tưới máu mô
Khả năng nhận biết ra các mô được tưới máu và tình trạng tưới máu mô là vô cùng quan trọng để phát hiện ra các mô bệnh. Siêu âm tuy có thể cho phép quan sát cấu trúc của cơ tim và nội tạng nhưng nó lại không nhạy cảm với những mô thiếu máu cục bộ, chẳng hạn như trong trường hợp suy mạch vành hay thậm chí là những mô đang thay đổi trong giai đoạn đầu của tắc mạch cục bộ và nhồi máu mô [31]. Sử dụng tác nhân tương phản để lấp đầy mạch máu trong các mô không chỉ giúp phát hiện tắc mạch ngay sau khi nó vừa xảy ra mà còn đánh giá được khả năng tưới máu ở mô. Khối u sẽ được phát hiện dễ dàng hơn, đặc biệt là các khối u nhỏ khi có sự hỗ trợ của tác nhân tương phản, do chúng ta có thể quan sát được các mạch máu nuôi mô ác tính, khác hẳn với mạch máu nuôi mô bình thường, chúng thường quanh co và phân nhánh lộn xộn, tập trung nhiều ở ngoại vi khối u và lưu lượng máu ngoại vi tăng hoặc giảm hay không có máu nuôi khu vực trung tâm. Phản xạ siêu âm giúp xác định số lượng vi tuần hoàn của khối u qua đó đánh giá việc hình thành mạch máu để nuôi khối u [64].
Hình ảnh phân tử
Việc phát hiện các dấu hiệu đặc trưng cụ thể ở mức phân tử của một bệnh lý được gọi là hình ảnh phân tử. Khi gắn lên vỏ vi bọt, một số tác nhân có khả năng hướng tới đích cần có hình ảnh phân tử thì hình ảnh siêu âm tại vị trí đó sẽ trở nên r nét hơn. Ví dụ như, khi kết hợp phosphotidylserin vào vỏ lipid, vi bọt sẽ hấp dẫn bạch cầu bắt giữ chúng ngay tại các ổ viêm [46].
12
Các loại mô mục tiêu hay được hướng tới gồm huyết khối, mảng xơ vữa, ổ viêm, khối u. Ví dụ, để có được hình ảnh rõ ràng về huyết khối, người ta sử dụng các vi bọt có gắn trên bề mặt các thụ thể GPIIb IIIa được tìm thấy trên tiểu cầu đã được kích hoạt [53], [66].
Những vi bọt lý tư ng làm chất tương phản trong chẩn đoán hình ảnh bằng siêu âm
Vi bọt khi sử dụng làm tác nhân tương phản siêu âm thì kích thước cần phải được kiểm soát trong giới hạn quy định (1- 10μm) và phân bố kích thước càng hẹp càng tốt. Vi bọt quá nhỏ sẽ phản xạ âm kém và không bền, vi bọt quá lớn sẽ không đi qua được lòng mao mạch và có thể gây tắc mạch. Kích thước vi bọt cần phải được kiểm soát tại cả hai thời điểm trước khi tiêm và trong suốt thời gian lưu thông trong cơ thể, cần phải hạn chế việc tăng kích thước do hợp nhất các vi bọt. Đặc biệt, vi bọt cần phải ổn định trong thời gian siêu âm chẩn đoán hình ảnh. Vì vậy, thời gian bán thải của vi bọt trong cơ thể là một yếu tố quan trọng [57]. Ngoài ra, vi bọt sẽ tốt hơn nếu:
- Không chứa các thành phần có nguồn gốc từ protein máu.
- Có một lớp vỏ đàn hồi giúp tăng khả năng cộng hưởng.
- Đạt hiệu quả tăng cường tương phản ở liều thấp.
- Dễ dàng chuyển hóa hoặc bài tiết và có rất ít tác dụng phụ.
- Dễ dàng để sản xuất hàng loạt.
- Có thể tiệt trùng bằng nhiệt.
1.3.2. Tác nhân phân phối thuốc và gen
Trong liệu pháp gen, rào cản lớn nhất là không có hệ thống đưa acid nucleic tới tế bào đích. Sử dụng vi bọt với kỹ thuật siêu âm đã khắc phục tốt được rào cản này. Gen hướng đích được phân phối bằng cách tiêm đồng thời ADN plasmid và vi bọt có thể mang lại hiệu quả thông qua mức độ biểu hiện của gen, nhưng phương pháp này yêu cầu một lượng lớn ADN kết hợp để có thể định lượng được. Do acid nucleic dễ bị nuclease phân giải và nhanh chóng
13
đào thải qua hệ thống lưới nội mô khi được đưa vào trong máu, vì vậy vi bọt đã được sử dụng làm chất mang để bảo vệ chúng khỏi bị thoái hóa, tăng thời gian lưu thông trong mạch máu, cải thiện tính đặc hiệu của việc phân phối tới đích [5].
Phân phối thuốc tới đích được thực hiện bằng cách kết hợp các phân tử thuốc và vỏ của vi bọt. Khác với các acid nucleic, các phân tử thuốc hiếm khi liên kết tĩnh điện với bề mặt vi bọt, thay vào đó chúng kết hợp cùng lớp vỏ hoặc ngay dưới bề mặt của lớp vỏ hoặc chúng được kết hợp với một chất mang khác có thể liên kết với bề mặt vi bọt. Sau khi vi bọt tới đích chúng sẽ bị phá vỡ bởi lực siêu âm và giải phóng thuốc [44]. Như vậy, sử dụng vi bọt làm tác nhân phân phối thuốc sẽ mang lại nhiều lợi ích như:
- Bảo vệ dược chất khỏi sự tác động của các enzym phân hủy thuốc trong máu.
- Tăng thời gian lưu thông của thuốc trong máu.
- Hạn chế khả năng gây độc cho các mô lành.
- Vi bọt bị phá vỡ bởi sóng siêu âm do đó có thể kiểm soát được quá trình giải phóng thuốc.