New Dye biedt een doorbraak in dieptebeeldvorming en kankertherapie

New Dye biedt een doorbraak in dieptebeeldvorming en kankertherapie

Onderzoekers van de Tokyo Metropolitan University hebben een nieuwe kleurstof ontwikkeld die tweede nabij-IR-straling sterk kan absorberen en omzetten in warmte. Beginnend met een kleurstof uit de galpigmentfamilie, ontwierpen ze een unieke ringstructuur die rhodium en iridium kan binden. Metingen en modellering lieten sterke tweede nabij-IR-absorpties en uitzonderlijke fotostabiliteit zien. Tweede nabij-infraroodgolven dringen gemakkelijk door menselijk weefsel; De nieuwe kleurstof kan worden gebruikt bij diepe weefseltherapieën en beeldvorming.

Het tweede nabij-IR-gebied van het elektromagnetische spectrum (1000-1700 nanometer) is een potentieel belangrijk golflengtebereik voor de medische wetenschap. In dit gebied wordt het licht niet zo sterk verstrooid of geabsorbeerd door biologisch weefsel. Deze transparantie maakt het ideaal voor het leveren van energie aan diepere delen van het lichaam, of het nu gaat om beeldvorming of behandelingen. Een belangrijk voorbeeld van een dergelijke therapie is fotoakoestische beeldvorming bij de diagnose en behandeling van kanker. Wanneer een contrastmiddel dat in het lichaam wordt geïnjecteerd, wordt geïnjecteerd met licht, geeft het warmte af, waardoor kleine ultrasone schokken ontstaan ​​die kunnen worden gedetecteerd voor beeldvorming of de kankercellen zelf kunnen beschadigen.

De effectiviteit van deze aanpak hangt af van de beschikbaarheid van stabiele contrastmiddelen die licht bij deze golflengten efficiënt kunnen absorberen. De meeste contrastmiddelen zijn echter gevoeliger in het eerste nabij-IR-gebied (700-1000 nanometer), waar de verstrooiingseffecten sterker zijn en de energieafgifte minder efficiënt is.

Nu heeft een team van onderzoekers onder leiding van universitair hoofddocent Masatoshi Ichida van de Tokyo Metropolitan University een nieuwe chemische verbinding ontwikkeld die de hiel van deze achillespees overwint. Beginnend met een kleurstof uit de galpigmentfamilie genaamd bilatrieen, gebruikten ze een methode die bekend staat als N-confusion chemistry om de ringstructuur van bilatrieen te veranderen om de binding van metaalionen te accepteren. In hun recente werk hebben ze met succes rhodium- en indiumionen via stikstofatomen in de ring opgenomen.

De nieuwe kleurstof van het team vertoonde de sterkste lichtabsorptie bij een golflengte van 1600 nanometer onder normale omstandigheden, wat goed is in het tweede nabij-IR-gebied. Er is ook aangetoond dat het zeer fotostabiel is, wat betekent dat het niet gemakkelijk uiteenvalt bij blootstelling aan licht. Gedetailleerde metingen van hoe het molecuul reageert op magnetische velden en numerieke berekeningen met behulp van de dichtheidsfunctionaaltheorie (DFT) lieten zien hoe de unieke verdeling van elektronen in een wolk die de gehele, gecompliceerde structuur van het metaalbindende molecuul (ook bekend als een PI-radicaloïde) omvat, resulteerde in absorpties die niet mogelijk waren in bestaande, vergelijkbare verbindingen.

Omdat de tweede nabij-IR niet zo sterk door weefsels wordt geabsorbeerd, kunnen gebieden die gevoelig zijn voor de kleurstof meer worden blootgesteld aan licht, waardoor duidelijkere beeldvorming en een betere afgifte van warmte voor therapieën mogelijk zijn. Het team hoopt dat hun molecuul de deur zal openen voor nieuwe benaderingen van diepe weefselgeneeskunde, evenals voor meer algemene toepassingen van chemische katalyse.

Dit werk werd ondersteund door JSPS Grant Numbers JP20H00406 en JP22K19937, JST Presto Grant Number JPMJPR2103, Izumi Science and Technology Foundation, Advanced Research Infrastructure for Materials and Nanotechnology in Japan (Arim) van het Ministerie van Onderwijs, Sport, Sport, Wetenschap, Wetenschap en Technologie (MEXT) Onder voorstelnummer JPMXP1222ms1802, het Cooperative Research Program van NJRC Mater. & Ontwikkelaar En een Tokyo Global Partner Fellowship van de Tokyo Metropolitan University.

Bronnen: