Si prevede che le nanoparticelle fluorescenti caricate con coloranti organici a emissione di luce trasformeranno le tecnologie di imaging di animali vivi. Rispetto ai punti quantici inorganici, questi materiali otticamente stabili sono atossici e possono essere facilmente modificati con gruppi funzionali, rendendoli ideali quando si prendono di mira specifici tessuti del corpo. Sfortunatamente, è noto che i coloranti tradizionali si aggregano e perdono la loro intensità di emissione quando incorporati in nanoparticelle ad alta concentrazione. Per superare questo problema, un team di ricercatori guidati da Bin Liu e Ben Zhong Tang presso l'A*STAR Institute of Materials Research and Engineering ha ora progettato una famiglia di coloranti con una maggiore fluorescenza dopo l'aggregazione.

Al centro dei coloranti tradizionali c'è un cromoforo planare chiamato dicianometilene modificato con trifenilamina, che emette luce rossa in soluzioni diluite ma emette una debole fluorescenza quando aggregato. “La stretta vicinanza dei cromofori induce l'estinzione della fluorescenza a causa di percorsi non radiativi, "dice Liu.

Liu, Tang e il loro team hanno invertito questo fenomeno attaccando pendenti di tetrafeniletene a forma di elica a ciascuna estremità del cromoforo. Contrariamente ai composti planari, la forma delle eliche impedisce forti interazioni di accatastamento tra cromofori, bloccando il processo di spegnimento causato dall'aggregazione. Inoltre, il confinamento fisico impedisce a queste eliche di ruotare liberamente, consentendo l'emissione di luce.

Il team ha formulato i coloranti utilizzando una matrice di albumina di siero bovino (BSA), un polimero biocompatibile e utilizzato clinicamente, e ne ha valutato le prestazioni come sonde. La caratterizzazione sperimentale ha mostrato che la lunghezza d'onda del massimo di emissione delle nanoparticelle è rimasta invariata al momento dell'incapsulamento e che l'intensità della luce emessa è aumentata con il caricamento del colorante.

L'imaging dal vivo delle cellule del cancro al seno ha rivelato che le nanoparticelle hanno mostrato una fluorescenza rossa più intensa e omogeneamente distribuita nei citoplasmi (vedi immagine) rispetto agli aggregati liberi, suggerendo che la BSA ha potenziato l'assorbimento cellulare dei coloranti. Il team ha anche scoperto che le nanoparticelle erano otticamente stabili nei mezzi biologici e mostravano una buona biocompatibilità.

I ricercatori hanno iniettato per via endovenosa le nanoparticelle in topi portatori di tumore al fegato per studi di imaging in vivo. Hanno scoperto che, a differenza degli aggregati liberi, le nanoparticelle accumulate selettivamente nel tumore, evidenziando chiaramente il tessuto canceroso negli animali. “Questa dimostrazione sottolinea nuove opportunità di ricerca per esplorare sonde diagnostiche simili con potenziali applicazioni cliniche, "dice Liu.

Il team sta attualmente studiando sonde biologiche emissive nel vicino infrarosso per applicazioni mirate di imaging tumorale in vivo. Le nanoparticelle possono anche essere utilizzate per comprendere le metastasi del cancro o il destino delle cellule staminali trapiantate. “Queste sonde sono promettenti nelle applicazioni di imaging multimodale attraverso l'integrazione con l'imaging a risonanza magnetica o i reagenti per l'imaging nucleare, "dice Liu.