New Dye bietet einen Durchbruch in der Tiefenbilder- und Krebstherapie

Forscher der Tokyo Metropolitan University haben einen neuen Farbstoff entwickelt, der die zweite Nah-IR-Strahlung stark absorbieren und in Wärme umwandeln kann. Ausgehend von einem Farbstoff aus der Gallenpigmentfamilie entwarfen sie eine einzigartige Ringstruktur, die Rhodium und Iridium binden kann. Messungen und Modellierung zeigten starke zweite Nah-IR-Absorptionen und außergewöhnliche Fotostabilität. Zweite Nah-ir-Wellen durchdringen leicht menschliches Gewebe; Der neue Farbstoff kann in tiefen Gewebetherapien und Bildgebung angewendet werden.

Die zweite Nahe-IR-Region des elektromagnetischen Spektrums (1000-1700 Nanometer) ist ein potenziell wichtiger Wellenlängenbereich für die medizinische Wissenschaft. In diesem Bereich ist Licht nicht so stark verstreut oder absorbiert von biologischem Gewebe. Diese Transparenz macht es ideal, um Energie in tiefere Körperteile zu liefern, sei es für Bildgebung oder Behandlungen. Ein wichtiges Beispiel für eine solche Therapie ist die photoakustische Bildgebung in der Krebsdiagnose und -behandlung. Wenn ein in den Körper injizierter Kontrastmittel mit Licht injiziert wird, emittiert er Wärme, wodurch winzige Ultraschallschocks erzeugt werden, die entweder für die Bildgebung erkannt werden können oder selbst Krebszellen beschädigen.

Die Wirksamkeit dieses Ansatzes hängt von der Verfügbarkeit stabiler Kontrastmittel ab, die an diesen Wellenlängen das Licht effizient absorbieren können. Die Mehrheit der Kontrastmittel ist jedoch im ersten Nah-IR-Bereich (700-1000 Nanometer) empfindlicher, wo Streueffekte stärker sind und die Energieabgabe weniger effizient ist.

Jetzt haben ein Forscherteam unter der Leitung von Associate Professor Masatoshi Ichida von der Tokyo Metropolitan University eine neue chemische Verbindung entwickelt, die die Ferse dieser Achilles überwindet. Ausgehend von einem Farbstoff aus der Gallenpigmentfamilie, der als Bilatrien bezeichnet wurde, wendeten sie eine Methode, die als N-Konfusion-Chemie bekannt ist, um die Ringstruktur von Bilatrien zu verändern, um die Bindung von Metallionen zu akzeptieren. In ihrer jüngsten Arbeit haben sie Rhodium- und Indiumionen erfolgreich über Stickstoffatome in den Ring aufgenommen.

Der neue Farbstoff des Teams zeigte seine stärkste Lichtabsorption bei einer Wellenlänge von 1600 Nanometern unter normalen Bedingungen, was im zweiten Nah-IR-Bereich gut ist. Es wurde auch gezeigt, dass es sehr fotostierbar ist, was bedeutet, dass es bei Lichteingänge nicht leicht auseinanderbricht. Detaillierte Messungen, wie das Molekül auf Magnetfelder reagiert, und numerische Berechnungen unter Verwendung der Dichtefunktionalentheorie (DFT) zeigten, wie die eindeutige Verteilung von Elektronen in einer Wolke, die die gesamte, komplizierte Struktur des Metallbindungsmoleküls umfasst, umfasst (auch als PI bekannt -Radicaloid) führte zu Absorptionen, die in vorhandenen, ähnlichen Verbindungen nicht möglich sind.

Da der zweite Nah-IR nicht so stark von Geweben absorbiert ist, können Regionen, die mit dem Farbstoff sensibilisiert sind, stärker dem Licht ausgesetzt werden, was eine klarere Bildgebung und eine bessere Abgabe von Wärme für Therapien ermöglicht. Das Team hofft, dass ihr Molekül die Tür für neue Ansätze für die tiefe Gewebemedizin sowie allgemeinere Anwendungen für die chemische Katalyse öffnen wird.

Diese Arbeit wurde von JSPS Grant Nummern JP20H00406 und JP22K19937, JST Presto Grant Number JPMJPR2103, Izumi Science and Technology Foundation, Advanced Research Infrastructure for Materials and Nanotechnology in Japan (Arim) des Ministeriums für Bildung, Sport, Sport, Wissenschaft, Wissenschaft und Technologie, unterstützt (MEXT) Unter der Vorschlagsnummer JPMXP1222ms1802, das kooperative Forschungsprogramm von NJRC Mater. & Dev. Und ein Tokyo Global Partner Fellowship von der Tokyo Metropolitan University.

Quellen: