New Dye oferuje przełom w obrazowaniu głębi i terapii nowotworów

New Dye oferuje przełom w obrazowaniu głębi i terapii nowotworów

Naukowcy z Tokyo Metropolitan University opracowali nowy barwnik, który może silnie absorbować drugie promieniowanie bliskiej podczerwieni i przekształcać je w ciepło. Zaczynając od barwnika z rodziny pigmentów żółciowych, zaprojektowali unikalną strukturę pierścieniową, która może wiązać rod i iryd. Pomiary i modelowanie wykazały silną drugą absorpcję bliskiej podczerwieni i wyjątkową fotostabilność. Drugie fale bliskiej podczerwieni z łatwością przenikają przez tkankę ludzką; Nowy barwnik może znaleźć zastosowanie w terapiach i obrazowaniu tkanek głębokich.

Drugi obszar widma elektromagnetycznego bliskiej podczerwieni (1000–1700 nanometrów) to potencjalnie ważny zakres długości fali dla nauk medycznych. W tym obszarze światło nie jest tak silnie rozpraszane i absorbowane przez tkankę biologiczną. Ta przezroczystość sprawia, że ​​idealnie nadaje się do dostarczania energii do głębszych części ciała, zarówno podczas obrazowania, jak i zabiegów. Ważnym przykładem takiej terapii jest obrazowanie fotoakustyczne w diagnostyce i leczeniu nowotworów. Kiedy środek kontrastowy wstrzyknięty do organizmu zostaje wstrzyknięty ze światłem, emituje ciepło, tworząc maleńkie wstrząsy ultradźwiękowe, które można wykryć na potrzeby obrazowania lub uszkodzić same komórki nowotworowe.

Skuteczność tego podejścia zależy od dostępności stabilnych środków kontrastowych, które mogą skutecznie absorbować światło o tych długościach fal. Jednakże większość środków kontrastowych jest bardziej czuła w pierwszym obszarze bliskiej podczerwieni (700–1000 nanometrów), gdzie efekty rozpraszania są silniejsze, a dostarczanie energii jest mniej wydajne.

Teraz zespół naukowców pod kierownictwem profesora nadzwyczajnego Masatoshi Ichida z Tokyo Metropolitan University opracował nowy związek chemiczny, który pokonuje piętę Achillesa. Zaczynając od barwnika z rodziny pigmentów żółciowych zwanego bilatrienem, zastosowali metodę znaną jako chemia N-konfuzji, aby zmienić strukturę pierścieniową bilatrienu, aby zaakceptować wiązanie jonów metali. W swojej ostatniej pracy z powodzeniem wprowadzili do pierścienia jony rodu i indu za pośrednictwem atomów azotu.

Nowy barwnik opracowany przez zespół wykazał w normalnych warunkach najsilniejszą absorpcję światła przy długości fali 1600 nanometrów, co jest dobrym wynikiem w drugim obszarze bliskiej podczerwieni. Wykazano również, że jest wysoce fotostabilny, co oznacza, że ​​nie rozpada się łatwo pod wpływem światła. Szczegółowe pomiary reakcji cząsteczki na pola magnetyczne i obliczenia numeryczne z wykorzystaniem teorii funkcjonału gęstości (DFT) pokazały, jak unikalny rozkład elektronów w chmurze obejmującej całą, skomplikowaną strukturę cząsteczki wiążącej metal (znanej również jako rodnik PI) spowodował absorpcję niemożliwą w istniejących, podobnych związkach.

Ponieważ druga bliska podczerwień nie jest tak silnie absorbowana przez tkanki, obszary uwrażliwione barwnikiem mogą być bardziej wystawione na działanie światła, co pozwala na wyraźniejsze obrazowanie i lepsze dostarczanie ciepła do terapii. Zespół ma nadzieję, że ich cząsteczka otworzy drzwi do nowego podejścia do medycyny głębokich tkanek, a także do bardziej ogólnych zastosowań katalizy chemicznej.

Prace te były wspierane przez granty JSPS o numerach JP20H00406 i JP22K19937, granty JST Presto o numerach JPMJPR2103, Fundację Nauki i Technologii Izumi, zaawansowaną infrastrukturę badawczą dla materiałów i nanotechnologii w Japonii (Arim) Ministerstwa Edukacji, Sportu, Sportu, Nauki, Nauki i Technologii (MEXT) w ramach propozycji numer JPMXP1222ms1802, Spółdzielnia Program badawczy NJRC Mater. & rozw. Oraz stypendium Tokyo Global Partner Fellowship na Tokyo Metropolitan University.

Źródła: