La terapia fototermica (PTT) è un trattamento proposto per malattie come le infezioni resistenti agli antibatterici e il cancro, ma nonostante oltre un decennio di ricerche, gli scienziati non sono stati in grado di trovare un agente chimico sicuro ed efficace da utilizzare nel processo. Ora, un team di ricercatori ha progettato un nuovo tipo di composto organico che potrebbe essere utilizzato come agente terapeutico efficace.

Recentemente pubblicato sulla rivista Angewandte Chemie , un team di scienziati guidati da ricercatori della Molecular Foundry ha dimostrato che i loro nuovi materiali, un tipo di polielettrolita coniugato (CPE), può causare una riduzione del 95% del numero di colonie batteriche entro cinque minuti sotto l'irradiazione a infrarossi. Questa scoperta segna uno dei primi esempi di utilizzo di un CPE come agente attivo nel PTT.

I polimeri organici sono realizzati collegando molte subunità ripetute come perline su una corda. Se queste subunità contengono gruppi ionici, i polimeri sono chiamati polielettroliti, e nei casi in cui le subunità sono completamente collegate da legami singoli e doppi alternati, sono detti polielettroliti coniugati. Le loro proprietà uniche, come la solubilità in acqua, conducibilità, e l'assorbimento della luce hanno portato al loro ampio uso in optoelettronica, rilevamento, e applicazioni di imaging. Ma i CPE non erano stati applicati prima come agenti terapeutici fototermici perché polimeri ionici in grado di assorbire la luce nel vicino infrarosso (NIR), dove è più desiderabile per PTT, sono molto rari.

Il gruppo di ricerca guidato da Yi Liu, direttore della struttura di nanostrutture organiche e macromolecolari della fonderia, stava lavorando a un metodo per realizzare CPE per transistor elettrochimici organici (OECT). Hanno ipotizzato che attaccare i gruppi ionici (o carichi) direttamente alla catena principale del polimero coniugato produrrebbe materiali attivi OECT efficaci, ma hanno scoperto che il loro materiale potrebbe avere un altro uso.

"Abbiamo sviluppato un modo per sintetizzare un CPE da blocchi di costruzione di azachinodimetano ionico (iAQM) in modo che trasporti cariche e abbia uno dei gap di banda più bassi osservati per questo tipo di polimero, ", ha detto Liu. "Inizialmente non avevamo in programma di creare un materiale utile per la terapia fototermica, ma abbiamo scoperto che il polimero ionico che abbiamo realizzato assorbe fortemente anche la luce nel vicino infrarosso".

La terapia fototermica si basa sull'utilizzo di un agente chimico attivo che assorbe la luce e dissipa l'energia sotto forma di calore. Le nanoparticelle d'oro e gli allotropi di carbonio sono stati ampiamente esplorati come agenti attivi nel PTT, ma entrambi soffrono della mancanza di qualsiasi percorso metabolico noto e possono essere dannosi per l'organismo per lunghi periodi di tempo. Le molecole organiche come i CPE sono un'alternativa promettente, poiché hanno maggiori probabilità di essere metabolizzati dall'organismo dopo il loro uso terapeutico.

"Raramente è stato dimostrato che i CPE precedenti hanno un'elevata efficienza di conversione fototermica, " ha detto Liu. "Il nostro motivo iAQM di nuova concezione è intrinsecamente ionico, e una volta incorporato nel polimero, dà origine a CPE con le giuste caratteristiche di assorbimento per un'efficiente conversione fototermica. Le cariche nei CPE li rendono più solubili nei solventi polari e quindi più biologicamente rilevanti poiché potrebbero essere adattati per legarsi a proteine ​​o cellule specifiche".

I ricercatori hanno utilizzato i raggi X presso l'Advanced Light Source del Berkeley Lab per determinare la struttura dei loro polimeri sintetizzati, consentendo loro di capire come la struttura della molecola influisce sulle prestazioni del polimero.

I ricercatori hanno anche testato il loro polimero su colture di Staphylococcus aureus, un sistema modello rilevante per l'infezione batterica resistente agli antibiotici, e ha scoperto che le colture trattate con il polimero iAQM che sono state poi irradiate con luce a 808 nm hanno portato a una riduzione del 95 percento della conta delle colonie batteriche, rispetto al 30% trattato con il solo polimero e al 10% solo irradiato.

I risultati mostrano che il metodo dei ricercatori per produrre CPE è un modo promettente per realizzare semiconduttori organici ionici funzionali con proprietà utili, e che i CPE basati su iAQM in particolare sono potenti agenti antibatterici fototermici.