Los científicos de Trinity, en colaboración con el Real Colegio de Cirujanos de Irlanda (RCSI), han desarrollado tintes fluorescentes especiales que cambian de color que, por primera vez, pueden usarse para visualizar simultáneamente múltiples entornos biológicos distintos utilizando un solo tinte singular.

Cuando estos tintes se encapsulan en recipientes de entrega, como los utilizados en tecnologías como las vacunas COVID-19, se "encienden" y emiten luz mediante un proceso llamado "emisión inducida por agregación" (AIE). Poco después de su introducción en las células, su luz se "apaga" antes de "encenderse" nuevamente una vez que las células transfieren los tintes a las gotitas de lípidos celulares.

Debido a que la luz que proviene del interior de las células es de un color diferente y ocurre dentro de una ventana de tiempo diferente a la luz que proviene del mismo tinte dentro de los vasos sanguíneos, los investigadores pueden usar una técnica llamada "imágenes de fluorescencia de por vida" (FLIM) para distinguir entre los dos entornos en tiempo real.

El trabajo fue publicado recientemente en la revista Chem. . En el mismo número también se publicó un artículo de revisión sobre este trabajo. El primer autor, el Dr. Adam Henwood, investigador principal de la Facultad de Química y del Trinity Biomedical Sciences Institute (TBSI), trabajó en este diseño con Ph.D. estudiante Connie Sigurvinsson.

El Dr. Henwood explicó:"La bioimagen se basa en tintes 'encendidos/apagados' en los que los tintes solo emiten luz bajo un conjunto de condiciones pero, de lo contrario, se apagan. Esto es extremadamente útil, pero significa que solo se puede mirar un lugar al mismo tiempo. un tiempo bajo el microscopio Lo interesante de este trabajo es que nuestros tintes alcanzan un punto óptimo que les confiere propiedades distintivas de encendido/apagado y, lo que es más importante, podemos observar y diferenciar estos diferentes estados de encendido.

"Así que vemos más y vemos mejor que antes. Hacemos esto cronometrando el tiempo que tarda la luz procedente de nuestras muestras en llegar al microscopio:la luz de los vasos de entrega tarda un poco más que la luz del interior de las células. Al recolectar suficientes señales de luz, podemos usar esta información para construir rápidamente imágenes 3D precisas de los dos entornos de tinte diferentes. Las diferencias de tiempo son pequeñas (solo unas pocas milmillonésimas de segundo en cualquier sentido), pero nuestro método es lo suficientemente sensible como para capturarlas. "

Esta cualidad única significa que los tintes podrían tener un enorme conjunto de aplicaciones y, por ejemplo, tener el potencial de revolucionar los enfoques de biodetección e imágenes.

Debido a que estos tintes pueden ayudar a los científicos a mapear las intrincadas estructuras dentro de las células vivas con un alto contraste y especificidad, podrían ayudar a iluminar cómo las células absorben y metabolizan los medicamentos o permitir a los científicos diseñar y realizar una variedad de nuevos experimentos para mejorar nuestra comprensión de el complejo funcionamiento interno de las células y su importantísima maquinaria bioquímica.

En el artículo de la revista, los científicos se centraron en el uso de tintes para obtener imágenes de gotitas de lípidos (grasa) celulares, que son un ejemplo de "orgánulos" importantes que forman las células vivas en la mayoría de los organismos complejos (como nosotros los humanos).

Ahora se cree que las gotitas de lípidos, que alguna vez se consideraron simples "depósitos de grasa", desempeñan un papel importante en la regulación del metabolismo celular, coordinando la absorción, distribución, almacenamiento y uso de lípidos en las células. Debido a esta creciente comprensión de su importancia, y debido a que los cambios repentinos en su actividad a menudo indican estrés celular, sirven como un escenario de prueba útil para los tintes. Una posible vía de investigación adicional es ver si el equipo puede apuntar a otros orgánulos celulares importantes con sus tintes.

Thorfinnur Gunnlaugsson, profesor de química en la Facultad de Química de Trinity y con sede en TBSI, es el autor principal del artículo. Dijo:"Ser capaz de monitorear la función celular o el flujo de moléculas o candidatos a fármacos dentro de las células mediante la observación de diferentes colores de emisión de fluorescencia es extremadamente atractivo. El gran avance aquí es que podemos resolver y utilizar la diferencia en sus vidas de fluorescencia para identificar estos mismos sondas dentro de diferentes entornos celulares de una manera rápida y precisa, lo que literalmente nos permite trazar su colorido 'viaje en el tiempo' dentro de las células.

"Lo más interesante, sin embargo, es que este fenómeno no sólo es aplicable a las imágenes celulares. Estos resultados abren nuevas posibilidades en todo, desde el estudio de la biología química, como hemos demostrado aquí, hasta muchas otras aplicaciones médicas e incluso en la generación de novedosos compuestos funcionales. Materiales para uso más allá de la biología. Cualquier material molecular o nano que requiera un movimiento molecular controlado puede, en principio, mapearse y ajustarse utilizando nuestro nuevo método."

Y, de hecho, es aquí donde los autores pretenden lanzar la red a lo largo y ancho. Visualizan muchas posibilidades nuevas para estos tintes, señalando que su sensibilidad excepcional es atractiva para desarrollar sensores de contaminantes ambientales peligrosos o usar sus propiedades brillantes y emisoras de luz para impulsar transformaciones químicas, análogas a la propia fotosíntesis de la naturaleza.

El profesor Damien Thompson, profesor de física de la Universidad de Limerick y director del SSPC, dijo:"Como centro, seguimos avanzando y creando nuevos conocimientos en la interfaz de los materiales y la biología. Este trabajo colaborativo entre dos de nuestros investigadores principales en Trinity y RCSI muestra el poder de la ciencia fundamental para impulsar la innovación en medicina.

"Cuanto más de cerca observemos la interfaz molécula-célula, y lo más importante, cuanto mejor podamos ver, en tiempo real, cómo las moléculas se difunden de un lugar a otro dentro de la nanomaquinaria celular, más cerca estaremos de hacer realidad el sueño de Richard Feynman de comprender todo lo que los seres vivos lo hacen gracias al movimiento y movimiento de los átomos.

"Pero sólo recientemente los investigadores han tenido suficientes recursos experimentales y computacionales para rastrear estos movimientos y vibraciones en entornos biológicos complejos. Este nuevo y emocionante trabajo demuestra imágenes más específicas y de alto contraste de la dinámica subcelular, lo que a su vez permitirá a los investigadores desarrollar formulaciones de fármacos más efectivas. con efectos secundarios reducidos."

El profesor Donal O'Shea, que supervisó la investigación, es un experto en imágenes celulares que trabaja en el Departamento de Química y en el Consorcio de Imágenes de Súper Resolución del RCSI. Y añadió:"Nuestro uso de FLIM para rastrear interacciones dinámicas de AIE con células vivas es un enfoque que puede tener una amplia aplicabilidad para otros sistemas de fluoróforos, permitiendo obtener conocimientos que antes estaban ocultos".

Más información: Adam F. Henwood et al, Imágenes de fluorescencia resueltas en el tiempo con nanopartículas AIE "encendido/encendido" que cambian de color, Chem (2023). DOI:10.1016/j.chempr.2023.10.001

Qiang Cai et al, Avances en la obtención de imágenes de fluorescencia con nanopartículas AIE de modo dual, Chem (2024). DOI:10.1016/j.chempr.2024.01.010

Información de la revista: Química

Proporcionado por Trinity College Dublin