Gli Ultrasuoni (US) sono onde pressorie acustiche che non sono percepite dall’orecchio umano e si diffondono nei tessuti che compongono gli organi del corpo.

In medicina possono essere impiegati a scopo diagnostico, come nel caso delle Ecografie, eseguite tramite l’emissione di US da parte di una sonda ecografica.

Durante l’esecuzione di una Ecografia, gli US attraversano le diverse componenti dell’organismo e poi si riflettono verso la medesima sonda dello strumento Ecografico, in tempi diversi che dipendono dalla profondità dei tessuti e in quantità diverse, a seconda delle caratteristiche intrinseche dei tessuti stessi.

Gli Ultrasuoni di ritorno, trasformati in segnali elettrici, sono inviati a un computer che li elabora producendo quindi l’immagine ecografica delle stesse strutture attraversate dagli US.

Si possono quindi eseguire Ecografie cardiache, addominali, ostetrico-ginecologiche, muscolo-tendinee, articolari, oculari ecc.

Oltre l’aspetto diagnostico, attualmente gli US sono impiegati di routine anche in ambito terapeutico, come es. in Fisioterapia.

Ultrasuoni in Oftalmologia.

Per quanto riguarda l’Oculistica, gli US vengono utilizzati anche per effettuare misurazioni di precisione di alcune strutture dell’occhio, es. per ricavare lo spessore della Cornea (esame denominato Pachimetria Corneale) oppure per determinare la lunghezza del bulbo oculare (ai fini di ottenere il valore del cristallino artificiale da inserire dopo un intervento chirurgico, come es. l’asportazione della Cataratta); molto importante è l’esecuzione della misurazione tramite US, delle dimensioni di eventuali formazioni anomale di incerta natura,  presenti nell’occhio.

Nel caso dell’oculistica gli US risultano abitualmente strutturati in procedure chirurgiche e parachirurgiche.

Infatti, nella chirurgia della cataratta è comunemente usata, per la frantumazione e l’estrazione del cristallino opacizzato (patologia denominata Cataratta), una sonda introdotta nell’occhio: questa sonda emette US e nello stesso tempo aspira il prodotto della demolizione del cristallino, attuata dagli US stessi (procedura detta Facoemulsificazione).

Quale tecnica parachirurgica, troviamo un particolare strumento che focalizza gli US su una regione dell’occhio deputata alla produzione di Umor Acqueo, i Corpi Ciliari. In particolari condizioni della malattia oculare chiamata Glaucoma (presenza di una pressione oculare che potrebbe essere elevata e senza adeguata risposta alla terapia medica) si procede, in casi selezionati, a bloccare la produzione di Umor Acqueo con gli US focalizzati sui Corpi Ciliari.

L’utilizzo degli ultrasuoni in medicina sta riscuotendo notevole interesse non solo per il settore della diagnostica e della terapia finora note, ma anche come strumento terapeutico in una forma del tutto innovativa.

Ultrasuoni e Nanotecnologie.

Quanto finora esposto riflette una panoramica sull’attuale uso in ambito medico degli Ultrasuoni,

mentre ora ci addentriamo nel mondo della ricerca, con le applicazioni degli US previste per apportare vantaggi straordinari per le diagnosi e le cure future.

Ci aiuterà a definire i dettagli di questi obiettivi la Prof.ssa Valentina Cauda che, con il suo gruppo di studio presso il Politecnico di Torino, si occupa di Nanotecnologie.

Utilizzo degli Ultrasuoni in Medicina: dalla diagnostica alle prospettive terapeutiche derivate dalla ricerca, passando per i modelli cellulari 3D.

Prof.ssa Valentina Cauda – TNH lab del Politecnico di Torino

Ad oggi, la ricerca scientifica propone nuovi trattamenti basati su ultrasuoni, abbinandoli ad altre metodiche terapeutiche, quali farmaci, micro e nanoparticelle, come le microbolle, i liposomi o nanocristalli solidi o ibridi, per svariati interventi terapeutici, tra cui le terapie antitumorali. Per la loro validazione preclinica, si stanno adottando sempre di più modelli tridimensionali costituiti da colture cellulari in 3D, sia organoidi, sia  tumoroidi, cellule supportate da matrici organiche o inorganiche (scaffold) o gli innovativi organ-on-chip.

Il tutto per mimare al meglio la ben più complessa struttura dei tessuti umani ed evitare o quanto possibile ridurre i test sugli animali.

Recentemente, il gruppo di ricerca della Prof.ssa Cauda del Politecnico di Torino ha pubblicato un’ampia revisione della corrente letteratura scientifica volta a presentare le attuali tecnologie basate sugli US, per fini diagnostici e terapeutici, applicate a strutture cellulari 3D, costruite con diversi livelli di complessità.

Ad esempio, sono illustrati sistemi in cui vengono somministrati dei farmaci tramite delle microbolle o delle nanoparticelle e poi attivati con gli ultrasuoni per migliorarne la diffusione e il rilascio in strutture di cellule coltivate in 3D in vitro, quali sferoidi 3D, organ-on-chip o strutture di cellule 3D montate su chip e con microfluidica incorporata. Questi sistemi permettono di rilevare il ruolo fondamentale delle onde ultrasonore nel permettere ai farmaci somministrati di superare barriere biologiche, quali la barriera ematoencefalica, la barriera sangue-retina, o permettere l’extravasazione di farmaci verso gli organi interni e un rilascio altamente localizzato.

Vengono forniti anche spunti interessanti sulle tecniche di imaging ecografico, concentrandosi sulle nuove opzioni di immagine per le strutture cellulari 3D.

Questi intriganti settori di ricerca vengono discussi in relazione alle loro sfide e opportunità per arrivare al mondo clinico, al livello di complessità dei modelli preclinici 3D e alla capacità di questi ultimi di costituire uno strumento valido verso la traslazione clinica.

Bibliografia

Vighetto, E. Pascucci, G. Savino, G. Rosso, N. M. Percivalle, M. Conte, B. Dumontel, A. Balboni, G. Mesiano, A. Masoero, V. Cauda “The multifunctional purposes of ultrasound in 3D models” ADVANCED THERAPEUTICS, 2024, 2400161, doi: 10.1002/adtp.202400161

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adtp.202400161