18 de septiembre 2018:los químicos de la Universidad de Oregon han creado una nueva clase de tintes fluorescentes que funcionan en el agua y emiten colores basados ​​únicamente en el diámetro de los nanotubos circulares hechos de carbono e hidrógeno.

El equipo de seis miembros informó el descubrimiento, que ahora se está explorando por su uso potencial en imágenes biológicas, en un artículo de acceso abierto publicado en línea el 30 de agosto de por delante de la impresión en la revista Ciencia Central ACS .

El documento detalla cómo las moléculas orgánicas sintetizadas llamadas nanohops, que inicialmente no eran solubles en agua, fueron manipulados con una cadena lateral química para permitirles pasar a través de las membranas celulares y mantener sus colores dentro de las células vivas.

Durante años, Los científicos involucrados en la investigación biológica y el diagnóstico médico se han basado en compuestos químicos llamados fluoróforos, que tienen estructuras planas y emiten diferentes colores al excitarse la luz, para etiquetar moléculas biológicas específicas. El potencial de las estructuras circulares para proporcionar nuevas propiedades fluorescentes está mucho menos explorado.

Nanohoops, que son cortes circulares cortos de nanotubos de carbono, podría permitir el uso de múltiples colores fluorescentes, desencadenado por una sola excitación, para rastrear simultáneamente múltiples actividades en células vivas, dijo el coautor del estudio, Ramesh Jasti, profesor del Departamento de Química y Bioquímica de la UO y miembro del Instituto de Ciencia de Materiales.

"La fluorescencia de los nanohoyos se modula de manera diferente a la mayoría de los fluoróforos comunes, lo que sugiere que existen oportunidades únicas para usar estos tintes nanohoop en aplicaciones de detección, "dijo el coautor Michael Pluth, también profesor del Departamento de Química y Bioquímica de la UO. "Estos tintes retienen su fluorescencia en una amplia gama de valores de pH, haciéndolos fluoróforos funcionales y estables en una amplia gama de condiciones ácidas y básicas ".

Los investigadores de los laboratorios Jasti y Pluth colaboraron en la investigación, que fue financiado por la National Science Foundation, Institutos Nacionales de Salud, Sloan Foundation y Camille and Henry Dreyfus Foundation.

Los nanohops tienen una composición atómica precisa, Dijo Jasti. Una vez que la autora principal del estudio, Brittany M. White, diseñó una cadena lateral química, un estudiante de doctorado en el laboratorio de Jasti, los nanohops se volvieron solubles y pasaron libremente a través de las membranas celulares, pero no fueron a sitios particulares.

"Las estructuras circulares como estos nanohilos se disuelven en medios acuosos mejor que las estructuras planas, "Dijo Jasti." Nos dimos cuenta de esto simplemente haciéndolo. No formaba parte del plan. Solo queríamos hacer nanoestructuras de carbono de una manera ultrapura. Las emisiones brillantes de los diferentes tamaños que produjeron simplemente sucedieron. Es un fenómeno a nanoescala ".

En un próximo paso, coautor Yu Zhao, investigador postdoctoral en el laboratorio de Pluth, exploró hacia dónde se dirigían los nanohops dentro de las células y si se pueden guiar a sitios particulares dentro de las células. Una cadena lateral adicional que contenía ácido fólico llevó los nanohops a las células cancerosas.

"Ese éxito nos dijo que estos nanohops pueden transportarse a diferentes tipos de células o incluso a compartimentos intracelulares, ", Dijo Jasti." Esto también sugirió su posible uso en el diagnóstico médico o incluso en la administración de fármacos, porque nuestros nanohops pueden transportar fácilmente pequeños compartimentos que irán a ubicaciones específicas ".

Niveles de toxicidad de los nanohops, él agregó, no son diferentes a los colorantes fluorescentes usados ​​tradicionalmente.

En un esfuerzo recién financiado, Jasti está trabajando con Xiaolin Nan del Departamento de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Ciencias y Salud de Oregon en Portland para perseguir el uso de nanohops en imágenes biológicas. El proyecto se encuentra entre los 10 financiados por el programa de subvenciones colaborativas de semillas OHSU-UO 2018. Pluth recibe una subvención inicial separada en el programa.

"No hemos visto nada como estos nanohops en el mundo de la química de los tintes antes, "dijo el coautor del estudio Bruce P. Branchaud, profesor emérito de química y bioquímica en la UO y científico distinguido en el Centro de Investigación Avanzada de Detección Temprana del Cáncer del Knight Cancer Institute de OHSU.

"Todos los demás tintes han sido planos, mientras que estos nanohops son círculos no planos, ", dijo." Sus estructuras únicas proporcionan propiedades únicas que tenemos la intención de desarrollar y explotar para nuevas contribuciones significativas a la biología química ". biotecnología, ciencias biomédicas y medicina ".