Avere il controllo assoluto dell'attività di una molecola in un organismo, o decidere quando, dove e come viene attivato un farmaco:questi sono alcuni degli obiettivi possibili con le cosiddette molecole fotocommutabili, composti che cambiano le loro proprietà in presenza di determinate onde luminose. I risultati di uno studio condotto dall'Istituto di Bioingegneria della Catalogna (IBEC) insieme all'Universitat Autònoma de Barcelona (UAB), avvicinare questo obiettivo a questo obiettivo.

Utilizzando laser a luce infrarossa pulsata, gli scienziati hanno attivato molecole situate all'interno del tessuto neurale con un'efficienza di quasi il 100%. "È uno sviluppo che apre le porte a un gran numero di applicazioni, compresi i farmaci che agiscono solo nel punto del corpo illuminato e quindi privi di effetti collaterali indesiderati in altre regioni, e il controllo spaziale e temporale di qualsiasi proteina la cui funzione vogliamo studiare nel contesto di un organismo, "dice Pau Gorostiza, Professore di ricerca ICREA e capo del Nanoprobes and Nanoswitches Group all'IBEC. Lo studio è stato recentemente pubblicato sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

Interruttori fotosensibili ad alta precisione

La molecola fotocommutabile utilizzata dai ricercatori è una nuova variante dell'azobenzene, un composto chimico che ha una forma piatta al buio, ma che si piega quando esposto alla luce. La fotofarmacologia cerca di sfruttare questa proprietà peculiare per controllare l'attività dei farmaci:un farmaco inattivo combinato con l'azobenzene viene introdotto nel corpo. Il design del farmaco consente il suo funzionamento solo quando l'azobenzene è piegato. In questo modo, il farmaco avrà effetto solo nei punti in cui viene irradiata la luce che stimola l'azobenzene, evitando così gli effetti collaterali associati all'azione del farmaco in altre aree dove è presente l'azobenzene.

Fino a poco tempo fa, tecniche basate su molecole fotocommutabili utilizzavano laser a onda continua di luce viola o blu (stimolazione a un fotone) per attivare questi composti, un metodo che non permette di focalizzare lo stimolo. "Volevamo che la molecola si attivasse in un punto specifico, non lungo tutto il raggio di luce che irradiamo. Abbiamo visto che le transizioni a due fotoni che utilizzano la luce infrarossa pulsata potrebbero raggiungere questo obiettivo, ma l'efficienza era molto bassa, e le applicazioni erano limitate. Le molecole che abbiamo sviluppato ora ottengono questo effetto con un'efficienza del 100%. È una tecnologia molto robusta e precisa per manipolare l'attività neuronale, " hanno detto Jordi Hernando e Ramon Alibés, ricercatori del Dipartimento di Chimica dell'UAB che hanno supervisionato parte di questo lavoro insieme a Josep Mª Lluch e Félix Busqué.

I ricercatori hanno dimostrato l'efficacia della tecnica sui neuroni di topo e in un modello animale per lo studio dei circuiti neuronali, il verme Caenorhabditis elegans. "Nonostante le cellule di un tessuto neuronale siano molto vicine tra loro, siamo riusciti a selezionare quelli in cui volevamo attivare la molecola fotocommutabile."

Stimolazione tramite assorbimento a due fotoni, predetto da Maria Göppert-Mayer e dimostrato utilizzando i laser pulsati sviluppati dai vincitori del Premio Nobel per la Fisica nel 2018, Donna Strickland e Gérard Mourou, ha rappresentato una rivoluzione per la visualizzazione e la manipolazione dell'attività neuronale.

I risultati di questo sviluppo aprono le porte a nuove linee di ricerca in campo molecolare. Con la tecnica descritta, gli scienziati avranno un controllo spazio-temporale senza precedenti su qualsiasi molecola fotocommutabile che desiderano indagare.