El mapeo elemental de la ubicación de los átomos de hierro (azul) en las nanopartículas magnéticas y el cadmio (rojo) en los puntos cuánticos fluorescentes proporciona una visualización clara de la forma en que los dos tipos de partículas se separan naturalmente en una estructura de núcleo y capa.
Un objetivo buscado durante mucho tiempo de crear partículas que puedan emitir un brillo fluorescente colorido en un entorno biológico, y que podría manipularse con precisión en su posición dentro de las células vivas, ha sido logrado por un equipo de investigadores del MIT y varias otras instituciones. El hallazgo se informa esta semana en la revista Comunicaciones de la naturaleza .
La nueva tecnología podría permitir rastrear la posición de las nanopartículas a medida que se mueven dentro del cuerpo o dentro de una célula. Al mismo tiempo, las nanopartículas podrían manipularse con precisión aplicando un campo magnético para arrastrarlas. Y finalmente, las partículas podrían tener una capa de una sustancia biorreactiva que podría buscar y unirse con moléculas particulares dentro del cuerpo, como marcadores de células tumorales u otros agentes patógenos.
"Ha sido un sueño mío durante muchos años tener un nanomaterial que incorpore tanto la fluorescencia como el magnetismo en un solo objeto compacto, "dice Moungi Bawendi, Lester Wolfe Professor of Chemistry en MIT y autor principal del nuevo artículo. Mientras que otros grupos han logrado alguna combinación de estas dos propiedades, Bawendi dice que "nunca estuvo muy satisfecho" con los resultados obtenidos anteriormente por su propio equipo o por otros.
Por una cosa, él dice, tales partículas han sido demasiado grandes para hacer sondas prácticas de tejido vivo:"Han tendido a tener una gran cantidad de volumen desperdiciado, "Dice Bawendi." La compacidad es fundamental para aplicaciones biológicas y muchas otras ".
Además, los esfuerzos anteriores no pudieron producir partículas de tamaño uniforme y predecible, que también podría ser una propiedad esencial para aplicaciones diagnósticas o terapéuticas.
Es más, Bawendi dice:"Queríamos poder manipular estas estructuras dentro de las células con campos magnéticos, pero también sabemos exactamente qué es lo que estamos moviendo ". Todos estos objetivos se logran con las nuevas nanopartículas, que pueden identificarse con gran precisión por la longitud de onda de sus emisiones fluorescentes.
El nuevo método produce la combinación de propiedades deseadas "en un paquete lo más pequeño posible, ", Dice Bawendi, lo que podría ayudar a allanar el camino para las partículas con otras propiedades útiles, como la capacidad de unirse a un tipo específico de biorreceptor, u otra molécula de interés.
En la técnica desarrollada por el equipo de Bawendi, dirigido por el autor principal y postdoctorado Ou Chen, las nanopartículas cristalizan de manera que se autoensamblan exactamente de la manera que conduce al resultado más útil:las partículas magnéticas se agrupan en el centro, mientras que las partículas fluorescentes forman una capa uniforme a su alrededor. Eso coloca a las moléculas fluorescentes en la ubicación más visible para permitir que las nanopartículas sean rastreadas ópticamente a través de un microscopio.
"Estas son estructuras hermosas, están tan limpios, ", Dice Bawendi. Esa uniformidad surge, en parte, porque el material de partida, nanopartículas fluorescentes que Bawendi y su grupo han estado perfeccionando durante años, ellos mismos son perfectamente uniformes en tamaño. "Tienes que usar material muy uniforme para producir una construcción tan uniforme, "Dice Chen.
Inicialmente, por lo menos, las partículas podrían usarse para sondear funciones biológicas básicas dentro de las células, Sugiere Bawendi. Mientras el trabajo continúa, experimentos posteriores pueden agregar materiales adicionales al recubrimiento de las partículas para que interactúen de formas específicas con moléculas o estructuras dentro de la célula, ya sea para diagnóstico o tratamiento.
La capacidad de manipular las partículas con electroimanes es clave para usarlas en la investigación biológica. Bawendi explica:De lo contrario, las pequeñas partículas podrían perderse en el revoltijo de moléculas que circulan dentro de una célula. "Sin mango magnético, 'es como una aguja en un pajar, ", dice." Pero con el magnetismo, puedes encontrarlo fácilmente ".
Las imágenes TEM a una resolución creciente muestran la estructura de las supernanopartículas núcleo-capa desarrolladas por los investigadores. Los puntos cuánticos fluorescentes (QD) forman una capa alrededor de un núcleo de nanopartículas magnéticas (MNP).
Una capa de sílice en las partículas permite que se adhieran moléculas adicionales, haciendo que las partículas se unan a estructuras específicas dentro de la célula. "La sílice lo hace completamente flexible; es un material bien desarrollado que puede adherirse a casi cualquier cosa, "Dice Bawendi.
Por ejemplo, el recubrimiento podría tener una molécula que se una a un tipo específico de células tumorales; luego, "Podrías usarlos para mejorar el contraste de una resonancia magnética, para que pueda ver los contornos macroscópicos espaciales de un tumor, " él dice.
Vista de alta resolución de la estructura de una supernanopartícula de núcleo-capa única.
El siguiente paso del equipo es probar las nuevas nanopartículas en una variedad de entornos biológicos. "Hemos hecho el material, ", Dice Chen." Ahora tenemos que usarlo, y estamos trabajando con varios grupos de todo el mundo para una variedad de aplicaciones ".
Christopher Murray, un profesor de química y ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de Pennsylvania que no estaba relacionado con esta investigación, dice, "Este trabajo ejemplifica el poder de usar nanocristales como bloques de construcción para estructuras multiescala y multifuncionales. A menudo usamos el término 'átomos artificiales' en la comunidad para describir cómo estamos explotando una nueva tabla periódica de bloques de construcción fundamentales para diseñar materiales, y este es un ejemplo muy elegante ".
Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.
