Gun Kim e Abigail Halmes lavorano su apparecchiature che emettono un'onda ultrasonica inducendo una reazione che produce luce in molecole sintetiche. Credito:Fred Zwicky
Una conversazione fortuita tra due scienziati dell'Università dell'Illinois ha aperto una nuova linea di comunicazione tra i ricercatori biomedici ei tessuti che studiano. Le nuove scoperte, riportato in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , mostrano che le onde ultrasoniche focalizzate ad alta intensità possono penetrare nei tessuti biologici per attivare molecole in grado di svolgere compiti specifici.
La ricerca, condotto in vitro e nei topi, affronta le sfide dell'accesso non invasivo ai tessuti profondi per scopi terapeutici senza causare danni permanenti. Lo studio dimostra con successo la capacità di innescare reazioni chimiche su richiesta, in modo molto mirato utilizzando una tecnologia già approvata per uso medico.
«Nel senso più ampio, stiamo cercando di sviluppare sistemi telecomandati che possano eventualmente essere utilizzati in applicazioni biomediche, " disse Re Li, il preside del Carle Illinois College of Medicine, ricercatore presso il Beckman Institute for Advanced Science and Technology dell'Illinois e coautore dello studio.
"Ho scoperto che King era interessato a trovare un modo per attivare a distanza i geni usando la luce, un campo chiamato optogenetica, "ha detto Jeffrey Moore, il direttore del Beckman Institute, un professore di chimica e un coautore di studio. "Questo ha rappresentato una grande opportunità per parlargli della mia ricerca in chimica e meccanica dei polimeri sintetici".
Moore studia molecole sintetiche chiamate meccanofori che rispondono alla forza cambiando colore o generando luce, qualcosa che credeva potesse sfruttare la forza meccanica di un'onda ultrasonica e innescare una reazione chimica che emette luce. Il concetto è esattamente quello che Li stava cercando.
La luce non può viaggiare attraverso la materia opaca, ma le onde ultrasoniche, che hanno un record di sicurezza ben documentato, possono, hanno detto i ricercatori.
Jeffrey Moore, sinistra, Re Li, Il ricercatore post-dottorato Gun Kim e la studentessa laureata Abigail Halmes hanno collaborato per sviluppare una molecola sintetica attivata dagli ultrasuoni in grado di emettere luce in profondità all'interno del tessuto biologico per una varietà di usi e terapie mediche. Credito:Fred Zwicky
"La luce ha un raggio di penetrazione limitato nei materiali opachi, compresi i tessuti viventi, Li ha detto. "La capacità di utilizzare gli ultrasuoni per penetrare materiali opachi e quindi attivare i meccanofori per produrre luce in profondità all'interno di questi materiali aprirà molte possibilità per applicazioni come l'attivazione genica".
Sebbene i ricercatori abbiano dimostrato con successo la generazione remota di luce nel tessuto biologico senza causare danni, l'intensità di quella luce non è ancora sufficiente per le applicazioni optogenetiche.
"Ci stiamo avvicinando, " ha detto Moore. "Quando abbiamo completato lo studio, eravamo a circa un fattore 10 dell'intensità della luce necessaria per attivare i geni, ma ora siamo più vicini a un fattore due".
Il team interdisciplinare di coautori dello studio, che include il professore di ingegneria elettrica e informatica Michael Oelze e i ricercatori del Beckman Institute Gun Kim, Vivian Lau e Abigail Halmes, continua a perfezionare la tecnica ea cercare altre applicazioni biomediche.
"Questa combinazione di ultrasuoni focalizzati ad alta intensità e meccanofori può essere utilizzata per molte applicazioni, e la produzione di luce è solo l'inizio, " Li ha detto. "Stiamo già esplorando attivamente altre applicazioni".
