New Dye tarjoaa läpimurron syväkuvauksessa ja syövän hoidossa

New Dye tarjoaa läpimurron syväkuvauksessa ja syövän hoidossa

Tokyo Metropolitan Universityn tutkijat ovat kehittäneet uuden väriaineen, joka voi absorboida voimakkaasti toista lähi-IR-säteilyä ja muuntaa sen lämmöksi. Sappipigmenttiperheen väriaineesta lähtien he suunnittelivat ainutlaatuisen rengasrakenteen, joka pystyy sitomaan rodiumia ja iridiumia. Mittaukset ja mallintaminen osoittivat vahvaa toisen lähellä IR-absorptiota ja poikkeuksellista fotostabiilisuutta. Toiset lähi-ir-aallot tunkeutuvat helposti ihmiskudokseen; Uutta väriainetta voidaan käyttää syväkudoshoidoissa ja kuvantamisessa.

Sähkömagneettisen spektrin toinen lähi-IR-alue (1000-1700 nanometriä) on lääketieteen kannalta mahdollisesti tärkeä aallonpituusalue. Tällä alueella biologinen kudos ei hajoa tai absorboi valoa yhtä voimakkaasti. Tämä läpinäkyvyys tekee siitä ihanteellisen energian toimittamiseen kehon syvemmille osiin, olipa kyseessä kuvantaminen tai hoito. Tärkeä esimerkki tällaisesta hoidosta on fotoakustinen kuvantaminen syövän diagnosoinnissa ja hoidossa. Kun kehoon ruiskutettua varjoainetta ruiskutetaan valolla, se lähettää lämpöä, jolloin syntyy pieniä ultraääniiskuja, jotka voidaan joko havaita kuvantamista varten tai vahingoittaa itse syöpäsoluja.

Tämän lähestymistavan tehokkuus riippuu stabiilien kontrastiaineiden saatavuudesta, jotka voivat absorboida tehokkaasti valoa näillä aallonpituuksilla. Suurin osa varjoaineista on kuitenkin herkempiä ensimmäisellä lähi-IR-alueella (700-1000 nanometriä), jossa sirontavaikutukset ovat voimakkaampia ja energian toimitus vähemmän tehokasta.

Nyt Tokion Metropolitan Universityn apulaisprofessori Masatoshi Ichidan johtama tutkijaryhmä on kehittänyt uuden kemiallisen yhdisteen, joka voittaa tämän Akilleen kantapään. Aloittaen sappipigmenttiperheen väriaineesta, nimeltään bilatrieeni, he käyttivät N-sekoituskemiana tunnettua menetelmää muuttaakseen bilatrieenin rengasrakennetta hyväksymään metalli-ionien sitoutumisen. Äskettäisessä työssään he liittivät onnistuneesti rodium- ja indium-ioneja renkaaseen typpiatomien kautta.

Ryhmän uusi väriaine osoitti voimakkaimman valon absorption 1600 nanometrin aallonpituudella normaaleissa olosuhteissa, mikä on hyvä toisella lähi-IR-alueella. Sen on myös osoitettu olevan erittäin valonkestävä, mikä tarkoittaa, että se ei hajoa helposti valossa. Yksityiskohtaiset mittaukset siitä, kuinka molekyyli reagoi magneettikenttiin, ja numeeriset laskelmat käyttäen tiheysfunktionaaliteoriaa (DFT) osoittivat, kuinka elektronien ainutlaatuinen jakautuminen pilvessä, joka kattaa metallia sitovan molekyylin (tunnetaan myös nimellä PI-radikaloidi) koko monimutkaisen rakenteen, johti absorptioihin, jotka eivät olleet mahdollisia olemassa olevissa samankaltaisissa yhdisteissä.

Koska kudokset eivät absorboi yhtä voimakkaasti toista lähi-IR:tä, väriaineella herkistetyt alueet voivat altistua enemmän valolle, mikä mahdollistaa selkeämmän kuvantamisen ja paremman lämmön toimituksen hoitoja varten. Tiimi toivoo, että heidän molekyylinsä avaa oven uusille lähestymistavoille syväkudoslääketieteessä sekä yleisemmille sovelluksille kemialliseen katalyysiin.

Tätä työtä tukivat JSPS-apurahanumerot JP20H00406 ja JP22K19937, JST Presto -apurahanumero JPMJPR2103, Izumin tiede- ja teknologiasäätiö, Japanin materiaali- ja nanoteknologian edistynyt tutkimusinfrastruktuuri (Arim) opetus-, urheilu-, tiede- ja urheiluministeriön (Tiede, Proposal, numero) JPMXP1222ms1802, NJRC Materin yhteistyötutkimusohjelma. & Dev. Ja Tokyo Global Partner Fellowship Tokyo Metropolitan Universitystä.

Lähteet: