Fig.１ Illustrazione schematica del rilevamento di farmaci di piccole molecole marcate con alchini in cellule vive utilizzando lo scattering Raman potenziato in superficie di nanoparticelle d'oro. Credito:Università di Osaka
Lo sviluppo di farmaci di successo ha un impatto significativo sulla qualità della vita delle persone in tutto il mondo. Essere in grado di monitorare come le molecole entrano nelle cellule bersaglio, e osservando cosa fanno quando sono dentro, è la chiave per identificare i migliori candidati. Le tecniche di analisi costituiscono quindi una parte importante del processo di scoperta dei farmaci. Ricercatori dell'Università di Osaka, in collaborazione con RIKEN, hanno riportato un approccio basato sulla microscopia Raman per visualizzare farmaci a piccole molecole che utilizza nanoparticelle d'oro. I risultati del team sono pubblicati in ACS Nano .
Le piccole molecole di farmaci vengono spesso tracciate attaccandole a sonde fluorescenti che sono visibili quando vengono irradiate con la luce. La microscopia può quindi essere utilizzata per vedere queste molecole all'interno delle cellule in tempo reale. Però, le molecole fluorescenti possono essere ingombranti, che possono influenzare il comportamento delle piccole molecole. Inoltre, alcune molecole fluorescenti perdono la loro fluorescenza se sono esposte a troppa luce, rendendo difficile vederli nel corso di lunghi studi.
Un'alternativa alle etichette fluorescenti è un tag molto più piccolo noto come alchino, composto da tripli legami carbonio-carbonio. La particolare disposizione degli atomi negli alchini non si trova naturalmente nelle cellule; perciò, forniscono un marcatore altamente specifico. Per di più, la loro piccola dimensione significa che gli alchini hanno un effetto minimo sul comportamento delle piccole molecole. Invece di emettere fluorescenza sotto la luce laser, gli alchini producono il cosiddetto segnale Raman, che possono essere chiaramente identificati tra i segnali del materiale cellulare.
Però, cercare il segnale Raman dei gruppi alchini è complicato quando non ce ne sono molti in giro a causa della bassa efficienza dello scattering Raman. I ricercatori hanno quindi combinato l'etichettatura degli alchini con l'uso di nanoparticelle d'oro. La microscopia a diffusione Raman potenziata in superficie (SERS) può stimolare le nanoparticelle d'oro per produrre campi elettrici potenziati che amplificano il segnale Raman dei gruppi alchini, rendendoli più facili da rilevare.
Fig. 2 Imaging 3D SERS time-lapse dell'assorbimento di piccole molecole da parte delle cellule vive. Abbiamo osservato con successo che i segnali SERS degli alchini sono stati inizialmente rilevati circa 10-15 minuti dopo la somministrazione del farmaco, e il numero dei segnali è progressivamente aumentato nel tempo. La concentrazione di somministrazione del farmaco era di 20 µM. Credito:Università di Osaka
"Il nostro approccio è una combinazione di tecniche che sono state utilizzate per tracciare piccole molecole nelle cellule vive, " L'autore principale dello studio Kota Koike spiega. "Le nanoparticelle d'oro sono messaggeri particolarmente utili per segnalare la presenza di gruppi alchini perché migliorano il segnale alchinico, oltre a fornire una superficie con cui gli alchini amano interagire. I due componenti quindi si uniscono naturalmente per generare il segnale potenziato."
Le nanoparticelle d'oro sono prontamente assorbite da numerosi tipi diversi di cellule, rendere la tecnica ampiamente applicabile. Le nanoparticelle entrano nei compartimenti dei lisosomi all'interno della cellula e quindi potenziano il segnale delle molecole etichettate con alchini che successivamente arrivano nei lisosomi e interagiscono con essi.
Fig. 3 Rilevazione quantitativa del numero di segnali SERS di alchini a livello di singola cellula (figura a sinistra). Il numero di segnali SERS rilevati per cellula a ciascuna concentrazione di somministrazione nel tempo (a destra). Utilizzando il metodo di rilevamento quantitativo SERS abbiamo osservato con successo che la velocità di assorbimento dipendeva molto dalla concentrazione del farmaco. Credito:Università di Osaka
"La nostra tecnica SERS ha il potenziale per essere utilizzata con una varietà di diversi tipi di cellule e con un numero virtualmente illimitato di farmaci candidati, " L'autore corrispondente dello studio Katsumasa Fujita spiega. "Questo è particolarmente interessante per la scoperta di farmaci in cui qualsiasi mezzo per comprendere meglio le dinamiche dei farmaci in tempo reale è estremamente prezioso per lo sviluppo".
