Comprehensive review on ultrasound-responsive theranostic nanomaterials: mechanisms, structures and medical applications

The field of theranostics has been rapidly growing in recent years and nanotechnology has played a major role in this growth. Nanomaterials can be constructed to respond to a variety of different stimuli which can be internal (enzyme activity, redox potential, pH changes, temperature changes) or external (light, heat, magnetic fields, ultrasound). Theranostic nanomaterials can respond by producing an imaging signal and/or a therapeutic effect, which frequently involves cell death. Since ultrasound (US) is already well established as a clinical imaging modality, it is attractive to combine it with rationally designed nanoparticles for theranostics. The mechanisms of US interactions include cavitation microbubbles (MBs), acoustic droplet vaporization, acoustic radiation force, localized thermal effects, reactive oxygen species generation, sonoluminescence, and sonoporation. These effects can result in the release of encapsulated drugs or genes at the site of interest as well as cell death and considerable image enhancement. The present review discusses US-responsive theranostic nanomaterials under the following categories: MBs, micelles, liposomes (conventional and echogenic), niosomes, nanoemulsions, polymeric nanoparticles, chitosan nanocapsules, dendrimers, hydrogels, nanogels, gold nanoparticles, titania nanostructures, carbon nanostructures, mesoporous silica nanoparticles, fuel-free nano/micromotors.

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Acoustic Radiation Force Impulse (ARFI) elastography quantification of muscle stiffness over a course of gradual isometric contractions: a preliminary study.

Medical Ultrasonography ◽

10.11152/mu.2013.2066.171.yvz ◽

2015 ◽

Vol 17 (1) ◽

pp. 49 ◽

Cited By ~ 13

Author(s):

Alpaslan Yavuz ◽

Aydin Bora ◽

Mehmet Deniz Bulut ◽

Abdussamet Batur ◽

Aysel Milanlioglu ◽

...

Keyword(s):

Acoustic Radiation ◽

Imaging Modality ◽

Radiation Force ◽

Muscle Stiffness ◽

Acoustic Radiation Force Impulse ◽

Propagation Path ◽

Neutral Position ◽

Biceps Muscle ◽

Extended Position ◽

Arfi Elastography

Aims: To evaluate the feasibility of quantitative analysis of muscle stiffness by Acoustic Radiation Forced Impulse (ARFI) elastography over a course of graduate isometric voluntary contractions. Material and methods: The stiffness of the bilateral biceps muscle of 13 healthy volunteers was measured in real time by ARFI elastography, while the forearm was in neutral- extended position, 90 degree self-flexed positions and 90 degree self-flexed position, with altered weights ranging from 1 to 8 kg placed on flattened palmar surfaces consecutively. The determined increases in biceps muscle stiffness were measured for both arms and correlated with the loadings weights adopted at progressive trial stages. Results: The mean shear wave velocity (SWV) values of biceps muscles in a neutral position, in 90 degree flex position and 90 degree flex position with 1 to 8 kg weights on palmar surfaces were 2.162±0.302 m/sec, 3.382±0.581 m/sec, and 3.897±0.585 to 5.562±0.587 m/sec, re- spectively. Significant correlations between the muscle SWV values and related palmar weights and between the SWV values of right and left sides at different trial stages were identified (r=0.951 and r=0.954, respectively). A mutual propagation path of deep regions to entire areas was described to account for the distribution of increase in stiffness with increases in palmar weights. The confidence of method regarding inter-observer difference was confirmed by the correlation analyses of the re- sults (r=0.998). Conclusions: ARFI elastography is a feasible imaging modality for quantifying the stiffness of isometrically voluntarily contracting muscles.

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Rationale Abklärung von Lebererkrankungen

Therapeutische Umschau ◽

10.1024/0040-5930/a000889 ◽

2017 ◽

Vol 74 (3) ◽

pp. 79-86

Author(s):

Leona von Köckritz ◽

Andrea De Gottardi

Keyword(s):

Acoustic Radiation ◽

Radiation Force ◽

Acoustic Radiation Force ◽

Acoustic Radiation Force Impulse ◽

Alkalische Phosphatase ◽

Gamma Glutamyltransferase ◽

Alpha 1 Antitrypsin

Zusammenfassung. Im klinischen Alltag werden häufig erhöhte Leberwerte beobachtet. In der Regel erfordern sie weitere Abklärungen bezüglich der möglichen Ätiologie und des Schweregrad einer akuten oder chronischen Lebererkrankung. Die Abklärung sollte dabei neben einer gezielten Anamnese und sorgfältigen klinischen Untersuchung, auch die Bestimmung von laborchemischen Markern für Cholestase und Leberfunktionsstörungen (wie Alkalische Phosphatase, gamma-Glutamyltransferase, Bilirubin, Albumin und Gerinnungsfaktoren) umfassen. Die Bestimmung weiterer Parameter wie Ferritin und Transferrinsättigung, Autoimmunantikörper, Virusserologien, alpha-1 Antitrypsin und Coerulolasmin können weitere Hinweise für die kausalen Zusammenhänge der Leberfunktionsstörung liefern. Bei Patienten mit Lebererkrankungen ist eine sonografische Beurteilung der Leber obligat. Ergänzend zur Sonografie werden heute weitere nicht-invasive Methoden wie Fibroscan, Acoustic Radiation Force Impulse Elastometrie und Magnet-Resonanz-Elastografie zur Beurteilung der Leberfibrose eingesetzt. In ausgewählten Fällen ist eine Leberbiopsie notwendig, um den Grad der Fibrose und die Ätiologie der Lebererkrankung zu eruieren. Mithilfe eines Fallbeispiels, diskutieren die Autoren im Folgenden die rationale Anwendung diagnostischer Tests und deren korrekte Interpretation und schlagen eine Orientierungshilfe zur rationalen Abklärung von Patienten mit Lebererkrankungen vor.

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Neue Horizonte bei der Lebersonographie

Praxis ◽

10.1024/1661-8157/a001112 ◽

2012 ◽

Vol 101 (18) ◽

pp. 1161-1166

Author(s):

Hagara ◽

Schwarzenbach ◽

Cerny

Keyword(s):

Acoustic Radiation ◽

Radiation Force ◽

Acoustic Radiation Force ◽

Acoustic Radiation Force Impulse

Dank technologischer Verbesserungen und einer immer besser werdenden klinischen Evidenzlage wird der diagnostische Ultraschall im Vergleich zu den Röntgen- und Magnetresonanzverfahren vermehrt eingesetzt. Dies nicht nur aus Kostengründen, sondern auch um der Zunahme der Strahlenbelastung der Bevölkerung durch diagnostische ionisierende Strahlen entgegenzuwirken. In der folgenden Übersichtsarbeit versuchen die Autoren die neuesten Entwicklungen im Bereich des Leberultraschalls vorzustellen. Bemerkenswert sind Verfahren, die eine dynamische Untersuchung der Leberdurchblutung mittels Kontrastmittelultraschall (Schwefelhexafluorid SonoVue®) und damit Verbesserungen bei der Charakterisierung von fokalen Leberläsionen wie Metastasen extrahepatischer Tumoren, Regeneratsknoten bei Leberzirrhose, fokaler nodulärer Hyperplasie, hepatozellu-lärem Karzinom, Leberhämangiom, Leberadenom sowie fokaler Mehr- oder Minderverfettung ermöglichen. Ebenfalls wichtig sind Techniken, die eine Bestimmung der Gewebekonsistenz mittels transienter Elastographie (Fibroscan), ARFI (Acoustic Radiation Force Impulse) oder Echtzeit-Gewebe-Elastographie erlauben. Die Quantifizierung des Steatosegrads ist für Diagnose und Verlaufsbeurteilung von Leberpathologien unabdingbar.

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