La nanoespectroscopia infrarroja de sincrotrón se ha utilizado por primera vez para medir los cambios biomoleculares inducidos por un fármaco (amiodarona) dentro de las células humanas (macrófagos) y localizados a una escala de 100 nanómetros. es decir, dos órdenes de magnitud más pequeñas que la longitud de onda IR utilizada como sonda. Esto se logró en la línea de luz de imágenes infrarrojas multimodo y microespectroscopía (MIRIAM) (B22) en Diamond Light Source, la instalación nacional de sincrotrón del Reino Unido.
Este es un resultado científico importante en Ciencias de la Vida compartido por un equipo internacional, como un tiempo de haz colaborativo entre los investigadores de la Escuela de Cáncer y Ciencias Farmacéuticas del Kings College de Londres, el Departamento de Tecnología Farmacéutica y Biofarmacia de la Universidad de Viena, y los científicos de la línea de luz MIRIAM B22 en Diamond.
Su artículo reciente, ahora publicado en Química analítica , se titula "Nanoespectroscopia IR fototérmica de sincrotrón de fosfolipidosis inducida por fármacos de macrófagos". Describe la aplicación de la llamada Microscopía de Fuerza Atómica Infrarroja Mejorada por Resonancia (RE AFM IR) por Radiación de Sincrotrón, interrogar materia biológica a nivel subcelular, en este caso, un modelo celular de fosfolipidosis inducida por fármacos (DIPL). En lugar del método tradicional para evaluar DIPL, es decir. confirmación visual mediante microscopía electrónica de los cuerpos lipídicos o el uso de la técnica de etiquetado de fluorescencia:utilizaron iluminación de banda ancha IR por sincrotrón Diamond junto con detección AFM para lograr tanto la especificidad molecular como la resolución espacial mejorada necesaria para localizar los cambios metabólicos dentro de la célula.
El Dr. Andrew Chan del King's College London, como explica el investigador principal, "El estudio modelo basado en macrófagos J774A-1 expuestos / no expuestos a amiodarona ha demostrado claramente que RE AFM IR con radiación de sincrotrón es capaz de extraer información molecular local de pequeños orgánulos dentro de una sola célula sin etiqueta. Esto es notable porque la determinación del contenido de lípidos en las vacuolas es crucial en el estudio de DIPL. Esto tendrá un gran impacto en el desarrollo de medicamentos inhalados, por lo que DIPL es una de las indicaciones clave de la respuesta adversa del cuerpo a las partículas extrañas ".
Los mapas topográficos de AFM mostraron que las células tratadas con amiodarona tenían un citoplasma agrandado, y regiones delgadas de vesículas colapsadas. Los mapas de infrarrojos (IR) de la célula completa se analizaron aprovechando la señal general de IR frente al grosor de la célula derivado de AFM, también en resolución lateral alrededor de 100 nm. La asignación de bandas vibratorias de los nanospectra también fue posible:todos los picos característicos de los lípidos, proteínas, y se identificaron ADN / ARN. Adicionalmente, Tanto la relación de bandas como el análisis quimiométrico no supervisado de nanospectra IR de sincrotrón de las regiones nuclear y perinuclear de las células mostraron que el citoplasma de las células tratadas con amiodarona tenía intensidades de banda significativamente elevadas en las regiones correspondientes a los grupos fosfato y carbonilo. que indica la detección de cuerpos de inclusión ricos en fosfolípidos típicos de células con DIPL.
Científico principal de la línea de luz en la línea de luz MIRIAM en Diamond y uno de los autores del trabajo, Dr. Gianfelice Cinque, dice, "Nuestro experimento es, que yo sepa, una primicia mundial mediante la nanoespectroscopía infrarroja fototérmica de sincrotrón en las ciencias de la vida, y demostró que la Nano espectroscopia IR fototérmica puede escanear con éxito a través de células de mamíferos y revelar la huella dactilar molecular interna a través del espectro IR completo, gracias a la cobertura de banda ancha de infrarrojos Synchrotron ".
Explicó que el sistema de modelo celular y el tratamiento farmacológico ejemplificaron la capacidad del método colocalizando espacialmente la morfología y la bioquímica a escala subcelular. Lo que fue notable fue que la calidad de los nanosespectros lograda fue tal que se capturaron claramente las características vibratorias típicas observadas por microscopía IR en células biológicas. pero por primera vez a nanoescala, proporcionando información bioquímica subcelular sin etiqueta. Él añade, "Este logro ha sido la conclusión de un largo esfuerzo experimental del equipo de Diamond de la línea de luz IR B22, especialmente el trabajo experto del Dr. Mark Frogley y el Dr. Ioannis Lekkas".
Continuó explicando que la excelencia de la línea de luz MIRIAM (B22) en la nanoespectroscopía IR de sincrotrón, es decir. Espectroscopía sincrotrón RE-AFM-IR:ofrece una visión química y morfológica única a una longitud de onda inferior o una resolución de 100 nm en una variedad de investigaciones de la vida real, especialmente en materia blanda. como el efecto microplástico en los tejidos vivos, Fenómenos superficiales antimicrobianos, microfósiles y biogeología a escala submicrónica, análisis de microelectrónica orgánica, materiales microcompuestos y mesoestructuras.
Próximamente se ofrecerá más capacidad de investigación en la línea de luz B22 de MIRIAM, ya que se espera una nueva estación terminal nanoIR a mediados de 2021. Más allá de la experiencia actual en nanoespectroscopía fototérmica IR de sincrotrón, la actualización permitirá nuevos métodos (por ejemplo, AFM IR en modo de toque), y complementarlos de manera crucial con microscopía óptica de barrido por dispersión IR (s-SNOM), empujando la resolución espacial aún más en la escala de 10 nanómetros.
