L’imaging fotoacustico è una tecnica di imaging innovativa che sfrutta la capacità di cromofori/fluorofori, debitamente eccitati dalla luce, di emettere energia meccanica sotto forma di ultrasuoni. Gli ultrasuoni, rilevati da opportuni piezoelettrici, vengono utilizzati per generare immagini ad alta risoluzione in grado di fornire informazioni biomediche, strutturali e funzionali su specifiche regioni anatomiche di interesse.

Stato del brevetto

CONCESSO

Numero di priorità

102016000023103

Data di priorità

04/03/2016

Licenza

ITALIA

Mercato

TAM – Analisi di diagnostica per immagini di tumori, mediante l’uso di agenti di contrasto

SAM – Mercato degli agenti di contrasto per imaging fotoacustico in malattie oncologiche, quali tumore al seno e melanoma.

SOM – mercato di agenti di contrasto per imaging fotoacustico per uso preclinico, in modelli animali

Problema

Nel campo della diagnostica per immagini si è sviluppato, nell’ultimo decennio, una nuova metodica chiamata Imaging Fotoacustico (PAI). Questa tecnica, attualmente ben diffusa a livello preclinico, sta iniziando a trovare le prime applicazioni in campo clinico (es. studio del tumore al seno, analisi della vascolarizzazione delle dita, studio dei melanomi, …). Il contrasto può essere generato da molecole endogene (es. emoglobina, melanina, …) o da molecole esogene (es. fluorocromi, nanosistemi metallici,…). Lo sviluppo di nuovi ed efficienti agenti di contrasto esogeni è quindi centrale nello sviluppo della metodica e nella sua diffusione in ambito preclinico e clinico.

Nell’ottica di un rapido sviluppo di agenti di contrasto, si sono esplorate molecole fluorescenti organiche già approvate per l’uso in pazienti, come il verde di indocianina (ICG). Tale molecola è infatti ampiamente usata in clinica, per esempio per angiografia dei vasi della retina o per l’analisi dei linfonodi sentinella.

Due problemi connessi all’ICG sono: i) la forte degradazione in ambiente fisiologico, ad opera dell’ossigeno o di altri fattori del microambiente, ii) il facile sequestro in vivo da parte dell’albumina con conseguente rapida eliminazione, iii) l’aspecifica biodistribuzione.

Vi è pertanto la necessità di individuare nuovi agenti di contrasto per l'applicazione in ambito fotoacustico. Poiché ad oggi NON esistono agenti di contrasto utilizzati nella clinica medica in ambito fotoacustico, questo è un settore di notevole rilevanza economica destinato ad espandersi.

Limiti attuali tecnologie / Soluzioni

La diagnostica per immagini sta sempre più assumendo un ruolo centrale nella pratica medica, permettendo di arrivare ad una diagnosi più dettagliata e in tempi più rapidi. Ciò ha come conseguenza un miglioramento delle performance terapeutiche.

Anche in ambito preclinico, l’imaging ha un ruolo chiave, permettendo, in maniera non-invasiva, di identificare eventi fisiologici e patologici e di testare rapidamente nuovi approcci terapeutici.

Varie tecniche di imaging sono attualmente disponibili, come MRI, PET/SPECT, CT, US, OI. L’imaging fotoacustico è una tecnica relativamente nuova, con alcuni vantaggi intrinseci rispetto ad altre metodologie di imaging e cioè: i) l’assenza di invasività e tossicità per il paziente e ii) la facilità e rapidità di esecuzione (non richiedere tecnologie complesse né costose).

Attualmente la metodica di imaging fotoacustico è alle prime fasi di applicazione in clinica e NON sono stati ancora sviluppati opportuni agenti di contrasto. Esistono molecole già presenti sul mercato e il cui uso in essere umani è consentito come, ad esempio, il Verde di Indocianina (ICG). Tali molecole hanno alcune limitazioni di applicabilità legate soprattutto a i) rapida eliminazione dal sangue (basso tempo di emivita plasmatico), ii) rapida degradazione ossidativa e iii) utilizzo solo come agente passivo. In tal senso, in campo oncologico, l’ICG accumula passivamente nel tumore per effetto EPR (enhanced permeability and retention). L’incapsulamento dell’ICG in sistemi biocompatibili come le silici mesoporose (MSNs) permette di superare tutti questi limiti, ampliando le potenzialità del dye in campo fotoacustico. In aggiunta, il contrasto generato dall’ICG incapsulato all’interno delle MSNs è maggiore di quello generato da una pari dose di ICG somministrato in forma libera. Quindi, un altro vantaggio del nostro sistema è quello di permettere di ridurre la dose di ICG da somministrare al paziente.

Killer Application

Le prima possibile applicazione sarebbe nella diagnostica del melanoma. Tale tumore rappresenta uno dei tumori umani piu’ aggressivi e con un alto indice di mortalità (melanomapatients.org.au). La diagnosi precoce e il follow-up delle terapie permettono di aumentare notevolmente le possibilità di successo terapeutico. Un fattore prognostico negativo è rappresentato dall’alto grado di vascolarizzazione e dalla elevata permeabilità vascolare. L’uso dell’imaging fotoacustico, con l’aggiunta del nostro prodotto, può dare un grande aiuto nella diagnosi precoce di tale tumore e nella sua fenotipizzazione, permettendo di valutare i parametri vascolari di interesse per il monitoraggio del tumore. Infatti, il nostro agente di contrasto permetterebbe di valutare i) i margini tumorali, ii) il grado di vascolarizzazione e iii) la perfusione vascolare. Tutto ciò, si sommerebbe alle informazioni ottenibili tramite imaging fotoacustico e ultrasuoni senza contrasto e cioè i) morfologia tumorale, ii) volume vascolare e ipossia, iii) contentuto di melanina.

Tecnologia e nostra soluzione

Il prodotto è un nuovo agente di contrasto per imaging fotoacustico (PAI). Tale prodotto consiste in nanosistemi costituiti da silice mesoporosa contenenti al loro interno il dye fluorescente ICG. La preparazione può essere liofilizzata e conservata in forma essiccata, da risospendere in soluzione salina fisiologica prima dell’uso. L’incapsulamento dell’ICG in sistemi biocompatibili come le silici mesoporose (MSNs) permette di superare i limiti connessi all’uso dell’ICG in forma libera, ampliando le potenzialità del dye in campo fotoacustico. In aggiunta, il contrasto generato dall’ICG incapsulato all’interno delle MSNs è maggiore di quello generato da una pari dose di ICG somministrato in forma libera. Quindi, un altro vantaggio del nostro sistema è quello di permettere di ridurre la dose di ICG da somministrare al paziente.

La somministrazione nel paziente può avvenire tramite iniezione intravascolare, subito prima dell’esecuzione dell’esame fotoacustico. Le scansioni fotoacustiche sono eseguite prima della somministrazione dell’agente di contrasto (immagini pre) e dopo la somministrazione, a tempi variabili. In tal modo si può seguire la cinetica di accumulo della sonda in sede tumorale, permettendo di estrapolare informazioni fisiologiche sul tumore come il volume vascolare e la permeabilità dei vasi. Ciò fornisce informazioni sulla natura del tumore.

Il campo principale di utilizzo può essere quello dei melanomi e dei tumori alla mammella, poiché sono tumori superficiali facilmente raggiungibili dalla tecnica di imaging fotoacustico (PAI).

Vantaggi

Il prodotto sviluppato rappresenterebbe il primo agente di contrasto per imaging fotoacustico con possibile uso in campo oncologico. In particolare, la tecnica di imaging fotoacustico, in cui il nostro prodotto viene applicato, ha alcuni vantaggi intrinseci rispetto ad altre metodologie di imaging come la Risonanza magnetica per immagini (MRI) o la medicina nucleare (PET/SPECT) e cioè: i) l’assenza di invasività e tossicità per il paziente e ii) la facilità e rapidità di esecuzione (non richiedere tecnologie complesse né costose).

L’uso di agenti di contrasto come quello che proponiamo permette di addizionare questi vantaggi propri della metodica di imaging la possibilità di ottenere informazioni fisiologiche e metaboliche del tumore (volume vascolare, permeabilità dei vasi, perfusione, etc…).

Due versioni più elaborate del prodotto potrebbero i) contenere sulla superficie molecole «targhettanti», che mediano l’accumulo specifico nel sito tumorale e ii) essere riempite non solo con il dye fluorescente ma anche con un famaco, per unire insieme la diagnostica e la terapia (sistema teranostico).

Roadmap

Lo studio continuerà con l’analisi della biodistribuzione del nanosistema e l’analisi della biocompatibilità, eseguita su un numero sufficiente di animali. In tal modo si valuteranno LD50, ED50, clearance, tempo di emivita plasmatico.

Successivamente, l’idea è quella di contattare l’Incubatore di Imprese dell’Università 2i3T per fare una verifica sulla fattibilità del trasferimento tecnologico, per valutare efficientemente il potenziale di sviluppo dell’idea e valutare quali sono i potenziali player di mercato e gli elementi chiave per la trasferibilità. Ciò servirà a definire il meccanismo di valorizzazione del know how più adatto, permettendoci di valutare fra la possibilità di cessione IP (ipotesi più probabile) o l’eventuale costituzione di Start up innovativa.

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