Los hallazgos se publican en la revista Advanced Science. .

Las membranas lipídicas son más que simples barreras que separan las células y orgánulos del entorno que las rodea. También desempeñan funciones clave en varias funciones celulares, como el movimiento celular, el intercambio de materiales, la gestión de residuos y la detección.

En general, las membranas lipídicas logran estas hazañas con la ayuda de proteínas y otras moléculas, que están intrincadamente integradas en la estructura de la membrana, modificando a menudo su fluidez u orden. En consecuencia, el estudio del orden de las membranas lipídicas es un subcampo importante en la biología celular, sobre todo porque muchas enfermedades pueden causar o ser causadas por anomalías en el orden de las membranas lipídicas.

Para visualizar la fluidez de la membrana lipídica, los científicos suelen emplear sustancias fluorescentes conocidas como sondas o tintes solvatocrómicos. El término "solvatocrómico" significa que la luz emitida por la molécula cambia de color dependiendo de la polaridad del entorno circundante.

Así, cuando se introducen en una membrana lipídica, el color emitido por estos tintes depende del orden de la membrana lipídica, que está estrechamente relacionado con la polaridad. Sin embargo, los tintes solvatocrómicos convencionales enfrentan varios desafíos, incluida la baja estabilidad, las bajas emisiones fluorescentes, la toxicidad celular y la dependencia de la luz ultravioleta como fuente de excitación.

En el estudio, el equipo de investigación del Instituto de Tecnología de Tokio y la Universidad de Kyushu, Japón, intentó superar todos estos obstáculos. El grupo de investigación, dirigido por el profesor asociado Gen-ichi Konishi de Tokyo Tech y el profesor Junichi Ikenouchi de la Universidad de Kyushu, desarrolló un nuevo tinte solvatocrómico que podría revolucionar la obtención de imágenes del orden de los lípidos en tiempo real.

Para desarrollar su nueva sonda, el equipo primero investigó y comparó las propiedades fotofísicas de varios tintes diferentes. Después de algunas pruebas y errores, se decidieron por un diseño molecular particular que cumplía todas sus expectativas. La versión final de la sonda, 2-N,N-dietilamino-7-(4-metoxicarbonilfenil)-9,9-dimetilfluoreno (FπCM), incluía una estructura plana que constaba de una parte donadora de electrones y una parte aceptora de electrones unidas por un puente π. Esta configuración facilitó las transferencias de carga intramoleculares, que son esenciales para definir las propiedades solvatocrómicas y fluorescentes de la molécula.

Los investigadores evaluaron el rendimiento del tinte propuesto mediante una serie completa de experimentos. FπCM demostró propiedades fluorescentes excepcionales y una notable estabilidad química no solo en solventes y membranas lipídicas artificiales sino también en condiciones fisiológicas en células vivas.

Uno de los aspectos más atractivos del tinte propuesto fue su fotoestabilidad a largo plazo, como comenta el Dr. Konishi:"En nuestros experimentos, FπCM podría persistir durante aproximadamente cinco horas, mientras que Prodan y Laurdan, dos tintes solvatocrómicos bien establecidos, serían se apagó por completo en aproximadamente 30 minutos. El hecho de que utilizamos luz láser confocal relativamente intensa sugiere que FπCM también sería resistente a la luz intensa proveniente de varios dispositivos."

En particular, el equipo pudo observar con éxito la fluidez de la membrana lipídica durante todo el proceso de división celular, lo que implica que FπCM no es tóxico, a diferencia de otros tintes solvatocrómicos de última generación. Además, la sonda propuesta se puede modificar fácilmente para producir derivados de FπCM dirigidos a membranas lipídicas específicas, como las que se encuentran en orgánulos celulares como las mitocondrias y el retículo endoplásmico.

"Creemos que investigar la correlación entre la activación de las proteínas de la membrana en respuesta a estímulos y las transiciones de fluidez espaciotemporal de la membrana arrojará luz sobre los mecanismos subyacentes a las diversas funciones de la membrana", concluye el Dr. Konishi. "Dado que las imágenes en vivo con FπCM y derivados específicos de orgánulos se pueden realizar fácilmente con microscopios confocales convencionales, el orden de las membranas podría convertirse en una fuente de información estándar y ampliamente accesible para los biólogos celulares".

Con un poco de suerte, las propiedades excepcionales de FπCM ayudarán a los biólogos a descubrir los secretos detrás del funcionamiento interno de las células.