Molecule noi, fără metale, strălucesc în roșu intens în apă și îmbunătățesc contrastul RMN în testele pe imagini
Oamenii de știință au dezvoltat molecule organice solubile în apă care emit fluorescență roșu-intens și pot acționa ca agenți de contrast pentru imagini prin rezonanță magnetică (RMN), oferind o alternativă fără metale la agenții de contrast convenționali.
Tehnicile de bioimagistică precum imagistica prin fluorescență (FI) și imagistica prin rezonanță magnetică (RMN) sunt instrumente puternice în cercetarea fundamentală și în medicina clinică, dar fiecare prezintă limitări. FI permite vizualizarea celulelor și a proceselor biologice la rezoluție înaltă, însă nu poate pătrunde adânc în țesuturi. RMN poate captura imagini din interiorul profund al corpului, dar nu oferă rezoluția la nivel de celulă oferită de FI. În plus, agenții de contrast folosiți în RMN conțin metale paramagnetice, precum gadoliniul, care pot provoca efecte adverse.
Într-un studiu publicat în revista Advanced Science, o echipă de cercetători de la Universitatea Kyushu a dezvoltat o moleculă solubilă în apă, fără metale, care poate fi detectată prin imagistică prin fluorescență și utilizată ca agent de contrast pentru RMN. Rezultatele deschid posibilitatea unor agenți de imagistică mai siguri, multifuncționali și mai puțin toxici, cu aplicații și în alte tehnici de bioimagistică.
Două metode de imagistică, mecanisme diferite
„În acest studiu am dezvoltat o moleculă cu funcționalitate atât pentru FI, cât și pentru RMN. Totuși, crearea unei astfel de molecule este dificilă, deoarece mecanismele funcționale ale celor două tehnologii diferă”, explică profesorul asociat Ken Albrecht de la Institutul de Chimia Materialelor și Inginerie de la Universitatea Kyushu, care a condus studiul. „În FI, o moleculă absoarbe și reemite anumite lungimi de undă ale luminii pe care le detectăm. RMN funcționează prin detectarea spinului molecular al atomilor de hidrogen din moleculele de apă din organism. Materialul de contrast ajută la îmbunătățirea clarității imaginii rezultate.”
Transformarea radicalilor organici în molecule solubile în apă
Echipa s-a concentrat asupra unei serii promițătoare de molecule numite radicali organici luminescenți, despre care s-a demonstrat că produc fluorescență și spin molecular. Cu toate acestea, studiile anterioare au arătat că aceste molecule erau hidrofobe, ceea ce le limita utilitatea în sistemele biologice.
„Am lucrat cu o moleculă numită tris(2,4,6-triclorofenil)metil (TTM), un radical organic luminescent care produce fluorescență și funcționează ca agent de contrast pentru RMN”, continuă Albrecht. „Prima generație de molecule pe care am creat-o a arătat o bună activitate RMN, dar avea fluorescență extrem de slabă. Am continuat să optimizăm molecula pentru a o face solubilă în apă și pentru a-i îmbunătăți activitatea de fluorescență.”
Contrast mai puternic și fluorescență de durată
Echipa a dezvoltat în cele din urmă două molecule: TTM-trisTP3B și TTM-trisTP9B. Ambele molecule sunt legate în trei direcții de grupuri solubile în apă și produc fluorescență roșu-intens în apă. TTM-trisTP3B a fost testată în celule vii și s-a confirmat că emite fluorescență în jurul nucleului celular și continuă să fluoresceze timp de cel puțin 24 de ore.
Ambele molecule au îmbunătățit contrastul imaginilor fantomă RMN de aproximativ 2,5 până la 4,5 ori mai mult decât radicalii TTM solubili în apă raportați anterior.
Deși utilitatea completă a acestor molecule noi trebuie încă investigată, rezultatele introduc o strategie care unifică fluorescența cu funcția RMN și ar putea îmbunătăți bioimagistica în cercetarea fundamentală și diagnosticul medical.
„Va trebui să efectuăm studii pe animale pentru a examina mai amănunțit viabilitatea acestor molecule, dar rezultatele actuale stabilesc o dovadă importantă de concept pentru imagistica dual-modală fluorescență/RMN fără metale”, concluzionează Albrecht. „Radicalii organici luminescenți au atras atenția în știința informației cuantice, detectarea cuantică și materialele electronice avansate. Aceste rezultate pot servi, de asemenea, ca fundament pentru viitoarele tehnologii de detectare cuantică.”
