Los núcleos son complejos, orgánulos bien definidos que transportan información genética que es fundamental para la célula. La visualización de estos orgánulos a través de técnicas de imágenes de fluorescencia promete revelar los mecanismos que gobiernan la información genética y proporcionar formas de predecir y tratar enfermedades genéticas. Trabajando en estrecha colaboración con Xinhai Zhang en el Instituto A * STAR de Investigación e Ingeniería de Materiales, un equipo de investigación dirigido por Bin Liu en la Universidad Nacional de Singapur ha desarrollado un método para crear ultrapequeños, Nanosondas fluorescentes altamente selectivas para una técnica de obtención de imágenes del núcleo celular conocida como microscopía de fluorescencia excitada de dos fotones (TPEF).

Los investigadores han propuesto una serie de sustancias fluorescentes para iluminar los núcleos dentro de las células. Sin embargo, fenómenos inducidos por la luz, como la autofluorescencia celular y el fotodaño severo, tienden a degradar el rendimiento de estas sondas.

En la técnica TPEF, cada nanoonda produce una señal fluorescente al absorber no uno, sino dos fotones de baja energía de luz infrarroja cercana. Este proceso de dos fotones reduce significativamente los efectos del fotodaño y la autofluorescencia celular al tiempo que mejora la resolución. lo que hace que TPEF sea ventajoso sobre la microscopía de fluorescencia de un fotón tradicional.

“Las imágenes TPEF son más poderosas que las imágenes de un fotón, en particular para la obtención de imágenes in vivo y de tejidos donde existe una fuerte autofluorescencia biológica, ”Dice Zhang.

En lugar de una síntesis tradicional paso a paso, los investigadores adoptaron un enfoque "de abajo hacia arriba" para sintetizar las nanoprobes para su esquema TPEF. Estas nano-sondas consisten en diminutas jaulas inorgánicas de silicio-oxígeno rodeadas por cadenas cortas de polímeros cargados positivamente. El equipo obtuvo jaulas y cadenas por separado antes de unirlas. y la síntesis se presta bien para producir nanoprobes TPEF con varios colores de emisión de luz y capacidades de bio-reconocimiento.

El pequeño, las jaulas rígidas facilitan la incorporación de las sondas en los núcleos celulares, mientras que las cadenas con carga positiva y sensibles a la luz contribuyen a la solubilidad en agua y las propiedades ópticas. Según Liu, estas características se combinan para producir, en última instancia, sondas iluminadas aptas para TPEF.

El equipo descubrió que la fluorescencia de las sondas se volvió sustancialmente más intensa tras la exposición a los ácidos nucleicos, como el ADN y el ARN de doble hebra. Esto se debe a que las sondas cargadas positivamente se unen estrechamente a los ácidos nucleicos cargados negativamente a través de atractivas interacciones electrostáticas, aumentando la hidrofobicidad microambiental de las sondas y su fluorescencia. Es más, las sondas tiñeron selectivamente los núcleos del cáncer de mama y las células sanas con baja toxicidad.

Actualmente, los investigadores están ampliando su colección de sondas para incluir otras aplicaciones diana intracelulares. También están optimizando aún más el rendimiento TPEF de las sondas. “Estas nano-sondas pueden abrir nuevas formas de interrogar a los sistemas biológicos de una manera segura y de alto contraste, ”Dice Zhang.