Gun Kim y Abigail Halmes trabajan en un equipo que emite una onda de ultrasonido que induce una reacción que produce luz en moléculas sintéticas. Crédito:Fred Zwicky
Una conversación fortuita entre dos científicos de la Universidad de Illinois ha abierto una nueva línea de comunicación entre los investigadores biomédicos y los tejidos que estudian. Los nuevos hallazgos, reportado en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias , muestran que las ondas de ultrasonido enfocadas de alta intensidad pueden penetrar el tejido biológico para activar moléculas capaces de realizar tareas específicas.
La investigación, realizado in vitro y en ratones, aborda los desafíos del acceso no invasivo al tejido profundo con fines terapéuticos sin causar daño permanente. El estudio demuestra con éxito la capacidad de desencadenar reacciones químicas a demanda, de una manera muy específica mientras se utiliza una tecnología ya aprobada para uso médico.
"En el sentido mas amplio, Estamos tratando de desarrollar sistemas de control remoto que eventualmente se puedan utilizar en aplicaciones biomédicas. "dijo el Rey Li, el decano de la Facultad de Medicina Carle Illinois, investigador del Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzadas de Illinois y coautor del estudio.
"Me enteré de que King estaba interesado en encontrar una forma de activar genes de forma remota utilizando la luz, un campo llamado optogenética, "dijo Jeffrey Moore, el director del Instituto Beckman, profesor de química y coautor del estudio. "Esto presentó una gran oportunidad para contarle sobre mi investigación en química y mecánica de polímeros sintéticos".
Moore estudia moléculas sintéticas llamadas mecanóforos que responden a la fuerza cambiando de color o generando luz, algo que él creía que podría aprovechar la fuerza mecánica de una onda de ultrasonido y desencadenar una reacción química que emite luz. El concepto es exactamente lo que buscaba Li.
La luz no puede viajar a través de material opaco, pero las ondas de ultrasonido, que tienen un historial de seguridad bien documentado, pueden, dijeron los investigadores.
Jeffrey Moore, izquierda, Rey Li, El investigador postdoctoral Gun Kim y la estudiante de posgrado Abigail Halmes han colaborado para desarrollar una molécula sintética activada por ultrasonido que puede emitir luz en el interior del tejido biológico para una variedad de usos y terapias médicas. Crédito:Fred Zwicky
"La luz tiene un rango de penetración limitado en materiales opacos, incluidos los tejidos vivos, "Dijo Li." La capacidad de usar ultrasonido para penetrar materiales opacos y luego activar mecanóforos para producir luz en las profundidades de estos materiales abrirá muchas posibilidades para aplicaciones como la activación de genes ".
Aunque los investigadores han demostrado con éxito la generación remota de luz en tejido biológico sin causar daño, la intensidad de esa luz todavía no es suficiente para aplicaciones optogenéticas.
"Nos estamos acercando, ", Dijo Moore." Cuando completamos el estudio, estábamos dentro de un factor de 10 de la intensidad de luz necesaria para activar los genes, pero ahora estamos más cerca de un factor de dos ".
El equipo interdisciplinario de coautores del estudio, que incluye al profesor de ingeniería eléctrica e informática Michael Oelze y a los investigadores del Instituto Beckman Gun Kim, Vivian Lau y Abigail Halmes, continúa perfeccionando la técnica y buscando otras aplicaciones biomédicas.
"Esta combinación de mecanóforos y ultrasonido enfocado de alta intensidad se puede utilizar para muchas aplicaciones, y la producción de luz es solo el comienzo, "Dijo Li." Ya estamos explorando activamente otras aplicaciones ".
