I ricercatori di QUT hanno creato un nuovo strumento di accoppiamento molecolare che impiega sia la luce verde che i trigger di pH che ha il potenziale per l'uso in applicazioni come la somministrazione di farmaci e piattaforme di coltura cellulare 3D.

La loro ricerca è stata pubblicata sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

La ricerca è stata condotta dall'autore principale e dal QUT Ph.D. ricercatore di chimica Kubra Kalayci, Consiglio di ricerca australiano (ARC) DECRA Fellow Dr. Hendrik Frisch, Ricercatore Dr. Vinh Truong, e il professore Christopher Barner-Kowollik, laureato all'ARC, del laboratorio sui materiali della materia morbida di QUT presso il centro di facoltà di scienze e ingegneria per la scienza dei materiali.

Il professor Barner-Kowollik ha affermato che gli scienziati cercano costantemente di allontanarsi dall'uso della luce UV dura per attivare le reazioni chimiche.

"La nostra innovazione fotochimica è un altro esempio di ciò che viene chiamato spostamento verso il rosso, il movimento attraverso i colori della luce nello spettro, dal blu al verde verso il rosso, alla luce che ha lunghezze d'onda maggiori, " Egli ha detto.

"Nel passato, la maggior parte di questi tipi di reazioni fotochimiche sono state innescate da una forte luce UV (ultravioletta). Ma ciò impedisce le applicazioni in un contesto biologico perché la luce UV ha così tanta energia che uccide le cellule. L'odontoiatria è un esempio di una delle aree che è cambiata. Inizialmente i dentisti usavano lampade UV. Ora chiunque abbia avuto un'otturazione probabilmente sa che il dentista usa una piccola lampada con luce blu a lunghezza d'onda più lunga per la polimerizzazione. Più lunga è la lunghezza d'onda della luce, meglio è, in linea di principio. La radiazione è meno dannosa, quindi può essere utilizzato per applicazioni biologiche, e consente una penetrazione della luce più profonda. Per l'odontoiatria, ciò significa una polimerizzazione migliore e più uniforme. Ma è anche più difficile da fare, perché maggiore è la lunghezza d'onda della luce, minore è l'energia necessaria per guidare la reazione chimica. Aggiungendo un ulteriore stimolo con la luce verde, come abbiamo con la variazione del pH come interruttore reversibile on-off per la reazione, offre l'opportunità di una migliore regolamentazione. Ciò è particolarmente importante per i sistemi di somministrazione dei farmaci, dove il farmaco deve essere rilasciato a un pH specifico, poiché il pH varia in tutto il corpo umano. Anche questa è una reazione senza catalizzatori. Significa che non c'è nessuna molecola di supporto per farlo accadere. Questo è importante anche per l'applicazione biologica perché in molti casi le molecole helper contengono metallo, e non vuoi qualcosa che potrebbe fuoriuscire, o qualcosa che risulta essere citotossico o cancerogeno."

Per studiare l'idoneità del nuovo strumento di accoppiamento luce verde-pH per l'ingegneria dei biomateriali, La signora Kalayci ha affermato che il team di ricerca ha creato idrogel con proprietà diverse.

"Questi hanno mostrato che la luce verde consentiva profondità di penetrazione più elevate, con conseguente fabbricazione di idrogel più spessi, " lei disse.

Il Dr. Truong ha affermato che le cellule coltivate all'interno degli idrogel "hanno mostrato che il processo per creare i gel non era tossico, e anche le cellule sono rimaste vitali per diversi giorni".

Il team ritiene che il nuovo strumento di accoppiamento abbia una gamma di altre potenziali applicazioni.

"Per esempio, nell'ambito della medicina personalizzata, "Il Dr. Truong e il Dr. Frisch hanno detto. "Potresti voler usare la nostra reazione per attaccare un farmaco antitumorale a una parte specifica di una molecola per fornire il farmaco in un modo adatto a un particolare paziente".

Il professor Barner-Kowollik ha affermato che è stato anche un altro passo verso il raggiungimento della "chirurgia molecolare".

"Ciò che i chimici sperano di fare è essere in grado di 'operare' su una parte di una molecola senza influenzare nient'altro, " Egli ha detto.

"Così, Per esempio, se avessi una proteina, una grande molecola complessa, vorremmo poter usare la luce come un bisturi chimico e entrare molto delicatamente e cambiare parte di quella molecola senza intaccare nessun'altra parte. Ciò fornisce molte potenziali applicazioni".

Le applicazioni potrebbero includere, Il dottor Truong ha detto, "osservando la reticolazione selettiva del DNA per studiare il meccanismo alla base di un cancro, alla ricerca di vie per un trattamento mirato, o creare scaffold dinamici in idrogel per studiare le interazioni cellulari per la terapia di rigenerazione dei tessuti.

"Usando la luce, stiamo fornendo strumenti chimici per essere in grado di raggiungere questi obiettivi."