Investigadores de la Universidad de Kanazawa informan en ACS Nano el desarrollo de una nanopartícula que actúa como calentador y termómetro. La inserción de la nanopartícula en células vivas da como resultado un punto de calor que, al encenderlo y apagarlo, permite la modulación controlada de las actividades celulares locales.

Ser capaz de calentar regiones de tamaño nanométrico en tejidos biológicos es clave para varias aplicaciones biomédicas. De hecho, muchos procesos biológicos son sensibles a la temperatura y la capacidad de modificar la temperatura localmente proporciona una forma de manipular la actividad celular. Un propósito notable es la destrucción de las células cancerosas calentándolas. Además de la necesidad de un mecanismo de calentamiento local en el tejido, también es importante poder medir instantáneamente la temperatura generada. Satoshi Arai de la Universidad de Kanazawa y sus colegas ahora han diseñado una nanopartícula que es tanto un nanocalentador como un nanotermómetro al mismo tiempo. Demostraron con éxito que la inserción de un único punto de calor controlable en el tejido puede ser muy eficaz para modificar la función celular.

La nanopartícula, llamada "nanoHT" por los científicos, una abreviatura de "nananocalentador-termómetro", es esencialmente una matriz de polímero que incorpora una molécula de colorante (llamada EuDT) utilizada para detectar la temperatura, y otra molécula de colorante (llamada V-Nc) para liberar calor. Esto último ocurre a través de la conversión de la luz en energía térmica (el efecto fototérmico, también explotado en las células solares):brillar un láser de infrarrojo cercano (con una longitud de onda de 808 nanómetros) en V-Nc da como resultado un calentamiento rápido, con un aumento más fuerte. de temperatura para una mayor potencia del láser.

La detección de temperatura se basa en el efecto de fluorescencia térmica de EuDT. Cuando se irradia con luz de una longitud de onda, la molécula emite luz en otra longitud de onda:fluorescencia. Cuanto más alta es la temperatura, menos intensa se vuelve la fluorescencia. Esta relación inversa se puede utilizar para medir la temperatura. Arai y sus colegas probaron el rendimiento de nanoHT como termómetro y establecieron que puede determinar temperaturas con una resolución de 0,8 grados centígrados e inferior.

Luego, los investigadores realizaron experimentos con un tipo de células humanas llamadas células HeLa. Observaron el efecto del calentamiento a través de nanoHT y descubrieron que, con un incremento de temperatura de unos 11,4 grados centígrados, las células HeLa calentadas morían después de solo unos segundos. Este hallazgo sugiere que nanoHT podría usarse para inducir la muerte celular en células cancerosas.

Arai y sus colegas también estudiaron cómo se puede usar nanoHT para afectar el comportamiento de los músculos. Introdujeron la nanopartícula en el miotubo, un tipo de fibra presente en el tejido muscular. Al calentar el miotubo en aproximadamente 10,5 grados centígrados, el tejido muscular se contrajo. El procedimiento funcionó de manera reversible; dejar que el miotubo se enfríe nuevamente condujo a la relajación muscular.

El trabajo de Arai y sus colegas muestra que el calentamiento local a escala subcelular por medio de nanoHT permite la manipulación controlada de la actividad de una sola célula. En cuanto a las aplicaciones, los científicos creen que "la aplicación específica de nanoHT tiene una gama diversa y versátil de capacidades para regular las actividades celulares que facilitarían el desarrollo de la ingeniería celular termodinámica".

Fluorescencia

La fluorescencia se refiere a la emisión de luz por una sustancia después de lo cual ha absorbido luz (u otro tipo de radiación electromagnética). Por lo general, la luz emitida tiene una longitud de onda más larga y, por lo tanto, una energía de fotón más baja que la radiación absorbida. Un caso bien conocido de fluorescencia ocurre cuando la radiación absorbida está en la región ultravioleta del espectro, invisible para el ojo humano, mientras que la luz emitida está en la región visible.

La termometría fluorescente es una técnica para medir temperaturas mediante el uso de moléculas de colorante fluorescente, cuya intensidad de fluorescencia es una fuerte función de la temperatura. Las moléculas de tinte se insertan en un material de interés; el conocimiento detallado de la intensidad de la fluorescencia frente a la dependencia de la temperatura permite inferir la temperatura del material. (La luz incidente excita las moléculas de colorante para que emitan fluorescencia; su intensidad proporciona una medida de la temperatura local).

Satoshi Arai de la Universidad de Kanazawa y sus colegas utilizaron moléculas de colorante fluorescente para desarrollar nanoHT, una nanopartícula que actúa como calentador y termómetro para aplicaciones nanobiológicas. + Explora más

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