Un polimero progettato su misura per produrre luce che penetra in ambienti oscuri ha mostrato risultati promettenti nelle prove di bioimaging, dove può rilevare particelle di dimensioni nanometriche sotto la superficie di modelli di tessuto realistici.

Studi recenti hanno dimostrato che le sonde fluorescenti, materiali che emettono luce che si attaccano a piccoli bersagli come le cellule, sono particolarmente utili per il bioimaging quando si irradiano nella regione dell'infrarosso a onde corte (SWIR) dello spettro ottico. Poiché questo tipo di luce fluorescente penetra più in profondità negli oggetti biologici senza essere assorbita o dispersa, Le sonde SWIR possono essere individuate più lontano nel tessuto rispetto agli emettitori convenzionali. Queste caratteristiche hanno permesso alle sonde SWIR di catturare immagini ad alta risoluzione di strutture situate in profondità all'interno del corpo, come il tessuto cerebrale, senza i rischi dei raggi X.

Satoshi Habuchi ei suoi colleghi stanno lavorando per migliorare l'imaging fluorescente espandendo il tipo di sonde in grado di produrre radiazioni SWIR. Attualmente, la maggior parte degli emettitori SWIR luminosi sono punti quantici di semiconduttori o nanoparticelle drogate con terre rare che non sono adatte a molti campioni a causa dei loro effetti collaterali tossici. D'altra parte, materiali più biocompatibili, come coloranti organici, di solito non sono abbastanza intensi da essere visti all'interno del tessuto.

Per risolvere questo problema, I ricercatori KAUST si sono rivolti a polimeri con strutture "donatore-accettore", un layout in cui i componenti ricchi di elettroni si alternano a porzioni povere di elettroni lungo una catena molecolare conduttiva. "Questa distribuzione favorisce il trasferimento di carica lungo la dorsale polimerica, che è un modo molto efficace per ottenere luce SWIR, " spiega Hubert Piwoński, l'autore principale dello studio.

Il team ha scelto due polimeri donatore-accettore con caratteristiche ideali per l'emissione SWIR e quindi ha sviluppato una procedura di precipitazione che ha fuso i composti in minuscole sfere polimeriche, o "punti", largo solo pochi nanometri. Le caratterizzazioni ottiche hanno rivelato che questi materiali avevano emissioni SWIR eccezionalmente luminose che erano facilmente individuabili nei modelli di tessuto biologico. "Per volume, le nostre particelle hanno un valore di luminosità maggiore di quasi tutti gli altri emettitori SWIR segnalati finora, " dice Habuchi. "Ciò ha permesso il rilevamento di punti polimerici di dimensioni nanometriche in campioni spessi un millimetro".

Inoltre, i nuovi punti polimerici che emettono fluorescenza solo per un nanosecondo possono produrre immagini a basso rumore con sensibilità a singola molecola grazie all'elevata velocità di rilevamento della fluorescenza emessa. La capacità di visualizzare singole sonde a velocità di acquisizione elevate potrebbe avvantaggiare i ricercatori che cercano di catturare i processi nei tessuti e negli organi mentre si verificano.

"Ci sono enormi opportunità per nuove sonde e modalità di imaging in grado di affrontare la dinamica delle molecole nei sistemi viventi, e i nostri punti polimerici sono un grande passo avanti verso l'imaging tissutale a particella singola, " dice Piwoński.