La terapia fototérmica (PTT) es un tratamiento propuesto para enfermedades como el cáncer y las infecciones resistentes a los antibacterianos. pero a pesar de más de una década de investigación, los científicos no han podido encontrar un agente químico seguro y eficaz para usar en el proceso. Ahora, un equipo de investigadores ha diseñado un nuevo tipo de compuesto orgánico que podría utilizarse como un agente terapéutico eficaz.

Publicado recientemente en la revista Angewandte Chemie , un equipo de científicos dirigido por investigadores de Molecular Foundry ha demostrado que sus nuevos materiales, un tipo de polielectrolito conjugado (CPE), puede causar una reducción del 95 por ciento en el recuento de colonias bacterianas en cinco minutos bajo irradiación infrarroja. Este hallazgo marca uno de los primeros ejemplos de uso de un CPE como agente activo en PTT.

Los polímeros orgánicos se fabrican conectando muchas subunidades repetidas como cuentas en una cuerda. Si esas subunidades contienen grupos iónicos, los polímeros se denominan polielectrolitos, y en los casos en que las subunidades están completamente conectadas alternando enlaces simples y dobles, se denominan polielectrolitos conjugados. Sus propiedades únicas, como la solubilidad en agua, conductividad, y la absorción de luz han llevado a su uso extensivo en optoelectrónica, sintiendo y aplicaciones de imágenes. Pero los CPE no se habían aplicado antes como agentes terapéuticos fototérmicos porque los polímeros iónicos que pueden absorber la luz en el rango del infrarrojo cercano (NIR), donde es más deseable para PTT, son muy raros.

El equipo de investigación dirigido por Yi Liu, director de la instalación de nanoestructuras orgánicas y macromoleculares de Foundry, estaba trabajando en un método para hacer CPE para transistores electroquímicos orgánicos (OECT). Ellos plantearon la hipótesis de que unir los grupos iónicos (o cargados) directamente a la cadena principal del polímero conjugado produciría materiales activos OECT efectivos, pero descubrieron que su material podría tener otro uso.

"Desarrollamos una forma de sintetizar un CPE a partir de bloques de construcción de azaquinodimetano iónico (iAQM) para que lleve cargas y tenga una de las brechas de banda más bajas observadas para este tipo de polímero, ", dijo Liu." Originalmente no estábamos planeando crear un material útil para la terapia fototérmica, pero descubrimos que el polímero iónico que fabricamos también absorbe fuertemente la luz del infrarrojo cercano ".

La terapia fototérmica se basa en el uso de un agente químico activo que absorbe la luz y disipa la energía en forma de calor. Las nanopartículas de oro y los alótropos de carbono se han explorado más ampliamente como agentes activos en PTT, pero ambos adolecen de la falta de una vía de degradación metabólica conocida y pueden ser perjudiciales para el organismo durante largos períodos de tiempo. Las moléculas orgánicas como los CPE son una alternativa prometedora, ya que es más probable que el cuerpo los metabolice después de su uso terapéutico.

"Rara vez se ha demostrado que los CPE anteriores tienen una alta eficiencia de conversión fototérmica, "dijo Liu." Nuestro motivo iAQM de nuevo diseño es intrínsecamente iónico, y una vez incorporado al polímero, da lugar a CPE con las características de absorción adecuadas para una conversión fototérmica eficiente. Las cargas en los CPE los hacen más solubles en solventes polares y, por lo tanto, más relevantes biológicamente, ya que podrían adaptarse para unirse a proteínas o células específicas ".

Los investigadores utilizaron rayos X en la fuente de luz avanzada de Berkeley Lab para determinar la estructura de sus polímeros sintetizados. permitiéndoles comprender cómo la estructura de la molécula afecta el rendimiento del polímero.

Los investigadores también probaron su polímero en cultivos de Staphylococcus aureus, un sistema modelo con relevancia para las infecciones bacterianas resistentes a los antibióticos, y descubrió que los cultivos tratados con el polímero iAQM que luego se irradiaron con luz de 808 nm dieron como resultado una reducción del 95 por ciento en el recuento de colonias bacterianas, en comparación con el 30 por ciento tratado con el polímero solo y el 10 por ciento cuando solo se irradia.

Los resultados muestran que el método de los investigadores para fabricar CPE es una forma prometedora de producir semiconductores orgánicos iónicos funcionales con propiedades útiles. y que los CPE basados ​​en iAQM en particular son potentes agentes antibacterianos fototérmicos.