Fig.１ Ilustración esquemática de la detección de fármacos de moléculas pequeñas marcadas con alquinos en células vivas utilizando dispersión Raman mejorada en la superficie de nanopartículas de oro. Crédito:Universidad de Osaka
El desarrollo exitoso de medicamentos tiene un impacto significativo en la calidad de vida de las personas en todo el mundo. Ser capaz de rastrear cómo las moléculas ingresan a las células objetivo, y observando lo que hacen cuando están dentro, es clave para identificar a los mejores candidatos. Por tanto, las técnicas de análisis forman una parte importante del proceso de descubrimiento de fármacos. Investigadores de la Universidad de Osaka, en colaboración con RIKEN, han informado de un enfoque basado en microscopía Raman para visualizar fármacos de moléculas pequeñas que utilizan nanopartículas de oro. Los hallazgos del equipo se publican en ACS Nano .
Las pequeñas moléculas de fármaco a menudo se rastrean uniéndolas a sondas fluorescentes que son visibles cuando se irradian con luz. La microscopía se puede utilizar para ver estas moléculas dentro de las células en tiempo real. Sin embargo, Las moléculas fluorescentes pueden ser voluminosas. lo que puede afectar la forma en que se comportan las moléculas pequeñas. Adicionalmente, algunas moléculas fluorescentes pierden su fluorescencia si se exponen a demasiada luz, lo que dificulta verlos en el transcurso de largos estudios.
Una alternativa a las etiquetas fluorescentes es una etiqueta mucho más pequeña conocida como alquino, que se compone de triples enlaces carbono-carbono. La disposición particular de los átomos en los alquinos no se encuentra naturalmente en las células; por lo tanto, proporcionan un marcador muy específico. Es más, su pequeño tamaño significa que los alquinos tienen un efecto mínimo sobre el comportamiento de las moléculas pequeñas. En lugar de emitir fluorescencia bajo luz láser, los alquinos producen lo que se conoce como una señal Raman, que pueden identificarse claramente entre las señales del material celular.
Sin embargo, buscar la señal Raman de los grupos alquinos es complicado cuando no hay muchos de ellos debido a la baja eficiencia de la dispersión Raman. Por lo tanto, los investigadores han combinado el marcado con alquinos con el uso de nanopartículas de oro. La microscopía de dispersión Raman mejorada en la superficie (SERS) puede estimular las nanopartículas de oro para producir campos eléctricos mejorados que aumentan la señal Raman de los grupos alquinos, haciéndolos más fáciles de detectar.
Fig. 2 Imagen 3D SERS en lapso de tiempo de la captación de moléculas pequeñas por células vivas. Observamos con éxito que las señales SERS de los alquinos se detectaron inicialmente alrededor de 10 a 15 minutos después de la administración del fármaco, y el número de señales aumentó gradualmente con el tiempo. La concentración de administración de fármaco fue de 20 µM. Crédito:Universidad de Osaka
"Nuestro enfoque es una combinación de técnicas que se han utilizado para rastrear moléculas pequeñas en células vivas, "explica el autor principal del estudio, Kota Koike." Las nanopartículas de oro son mensajeros particularmente útiles para informar la presencia de grupos alquinos porque mejoran la señal de los alquinos, además de proporcionar una superficie con la que a los alquinos les gusta interactuar. Por lo tanto, los dos componentes se unen de forma natural para generar la señal mejorada ".
Las nanopartículas de oro son absorbidas fácilmente por numerosos tipos diferentes de células, haciendo que la técnica sea ampliamente aplicable. Las nanopartículas entran en los compartimentos de lisosomas dentro de la célula y luego mejoran la señal de las moléculas marcadas con alquinos que posteriormente llegan a los lisosomas e interactúan con ellos.
Fig. 3 Detección cuantitativa del número de señales SERS de alquinos a nivel unicelular (figura de la izquierda). El número de señales de SERS detectadas por célula en cada concentración de administración a lo largo del tiempo (derecha). Utilizando el método de detección cuantitativa de SERS, observamos con éxito que la velocidad de absorción dependía en gran medida de la concentración del fármaco. Crédito:Universidad de Osaka
"Nuestra técnica SERS tiene el potencial de ser utilizada con una variedad de diferentes tipos de células, así como con un número virtualmente ilimitado de candidatos a fármacos, ", explica el autor correspondiente del estudio, Katsumasa Fujita." Esto es particularmente emocionante para el descubrimiento de fármacos, donde cualquier medio de comprender mejor la dinámica de los fármacos en tiempo real es extremadamente valioso para el desarrollo ".
