Το New Dye προσφέρει μια σημαντική ανακάλυψη στην απεικόνιση σε βάθος και στη θεραπεία του καρκίνου

Το New Dye προσφέρει μια σημαντική ανακάλυψη στην απεικόνιση σε βάθος και στη θεραπεία του καρκίνου

Ερευνητές στο Μητροπολιτικό Πανεπιστήμιο του Τόκιο ανέπτυξαν μια νέα χρωστική ουσία που μπορεί να απορροφήσει ισχυρά τη δεύτερη ακτινοβολία σχεδόν IR και να τη μετατρέψει σε θερμότητα. Ξεκινώντας με μια χρωστική από την οικογένεια των χρωστικών της χολής, σχεδίασαν μια μοναδική δομή δακτυλίου που μπορεί να δεσμεύσει ρόδιο και ιρίδιο. Οι μετρήσεις και η μοντελοποίηση έδειξαν ισχυρές δευτερεύουσες σχεδόν IR απορροφήσεις και εξαιρετική φωτοσταθερότητα. Τα δεύτερα κύματα κοντά στο IR διαπερνούν εύκολα τον ανθρώπινο ιστό. Η νέα βαφή μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε θεραπείες εν τω βάθει ιστών και απεικόνιση.

Η δεύτερη σχεδόν IR περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος (1000-1700 νανόμετρα) είναι μια δυνητικά σημαντική περιοχή μήκους κύματος για την ιατρική επιστήμη. Σε αυτήν την περιοχή, το φως δεν διασκορπίζεται ή απορροφάται τόσο έντονα από τον βιολογικό ιστό. Αυτή η διαφάνεια το καθιστά ιδανικό για την παροχή ενέργειας σε βαθύτερα σημεία του σώματος, είτε για απεικόνιση είτε για θεραπείες. Ένα σημαντικό παράδειγμα τέτοιας θεραπείας είναι η φωτοακουστική απεικόνιση στη διάγνωση και θεραπεία του καρκίνου. Όταν ένας παράγοντας αντίθεσης που εγχέεται στο σώμα εγχέεται με φως, εκπέμπει θερμότητα, δημιουργώντας μικροσκοπικά σοκ υπερήχων που μπορούν είτε να ανιχνευθούν για απεικόνιση είτε να καταστρέψουν τα ίδια τα καρκινικά κύτταρα.

Η αποτελεσματικότητα αυτής της προσέγγισης εξαρτάται από τη διαθεσιμότητα σταθερών παραγόντων αντίθεσης που μπορούν να απορροφήσουν αποτελεσματικά το φως σε αυτά τα μήκη κύματος. Ωστόσο, η πλειονότητα των σκιαγραφικών παραγόντων είναι πιο ευαίσθητα στην πρώτη περιοχή σχεδόν IR (700-1000 νανόμετρα), όπου τα φαινόμενα σκέδασης είναι ισχυρότερα και η παροχή ενέργειας είναι λιγότερο αποδοτική.

Τώρα μια ομάδα ερευνητών με επικεφαλής τον αναπληρωτή καθηγητή Masatoshi Ichida από το Μητροπολιτικό Πανεπιστήμιο του Τόκιο έχουν αναπτύξει μια νέα χημική ένωση που ξεπερνά τη φτέρνα αυτού του Αχιλλέα. Ξεκινώντας με μια χρωστική από την οικογένεια των χρωστικών της χολής που ονομάζεται διλατριένιο, χρησιμοποίησαν μια μέθοδο γνωστή ως χημεία σύγχυσης Ν για να τροποποιήσουν τη δομή του δακτυλίου του διλατριενίου για να δεχθούν τη δέσμευση μεταλλικών ιόντων. Στην πρόσφατη εργασία τους, ενσωμάτωσαν με επιτυχία ιόντα ροδίου και ινδίου στον δακτύλιο μέσω ατόμων αζώτου.

Η νέα βαφή της ομάδας έδειξε την ισχυρότερη απορρόφηση φωτός σε μήκος κύματος 1600 νανόμετρων υπό κανονικές συνθήκες, κάτι που είναι καλό στη δεύτερη περιοχή σχεδόν IR. Έχει επίσης αποδειχθεί ότι είναι πολύ φωτοσταθερό, που σημαίνει ότι δεν διασπάται εύκολα όταν εκτίθεται στο φως. Λεπτομερείς μετρήσεις του τρόπου με τον οποίο το μόριο ανταποκρίνεται στα μαγνητικά πεδία και αριθμητικοί υπολογισμοί χρησιμοποιώντας τη συναρτησιακή θεωρία πυκνότητας (DFT) έδειξαν πώς η μοναδική κατανομή ηλεκτρονίων σε ένα σύννεφο που περιελάμβανε ολόκληρη την περίπλοκη δομή του μορίου δέσμευσης μετάλλων (γνωστό και ως ριζικό PI) οδήγησε σε απορροφήσεις που δεν είναι δυνατές σε παρόμοιες ενώσεις.

Επειδή το δεύτερο σχεδόν IR δεν απορροφάται τόσο έντονα από τους ιστούς, οι περιοχές που ευαισθητοποιούνται με τη χρωστική μπορούν να εκτεθούν περισσότερο στο φως, επιτρέποντας σαφέστερη απεικόνιση και καλύτερη παροχή θερμότητας για θεραπείες. Η ομάδα ελπίζει ότι το μόριό τους θα ανοίξει την πόρτα σε νέες προσεγγίσεις στην ιατρική εν τω βάθει ιστών, καθώς και σε πιο γενικές εφαρμογές στη χημική κατάλυση.

Αυτή η εργασία υποστηρίχθηκε από τους JSPS Grant Numbers JP20H00406 and JP22K19937, JST Presto Grant Number JPMJPR2103, Izumi Science and Technology Foundation, Advanced Research Infrastructure for Materials and Nanotechnology in Japan (Arim) του Υπουργείου Παιδείας, Επιστήμης, Αθλητισμού, Τεχνολογίας και Αθλητισμού JPMXP1222ms1802, το Συνεργατικό Ερευνητικό Πρόγραμμα από το NJRC Mater. & Dev. Και μια υποτροφία Global Partner του Τόκιο από το Μητροπολιτικό Πανεπιστήμιο του Τόκιο.

Πηγές: