Astratto grafico. Credito:DOI:10.1021/acsomega.1c01343
I "punti" fluorescenti, ovvero minuscole particelle che possono emettere luce, hanno una moltitudine di promettenti applicazioni biomediche, dall'aiutare i medici a identificare meglio i margini del tumore alla somministrazione di un farmaco in profondità nel corpo. Tuttavia, la creazione di tali punti è solitamente un processo lungo e noioso che utilizza sostanze chimiche aggressive. Ora, i ricercatori finanziati dal NIBIB stanno sviluppando un punto fluorescente che non solo è più facile da realizzare, ma utilizza materiali ecocompatibili.
"Questo studio proof-of-principio delinea un nuovo approccio 'verde' per produrre nanomateriali fluorescenti, che sono molecole emergenti nel campo biomedico", ha affermato Tatjana Atanasijevic, Ph.D., direttore del programma NIBIB in Sonde molecolari e agenti di imaging. "La ricerca qui delineata fornisce informazioni fondamentali che potrebbero portare a un modo più economico e sicuro per sintetizzare questo importante tipo di nanoparticella."
I metodi di sintesi tradizionali per punti fluorescenti richiedono in genere l'uso di solventi organici, che sono efficaci nell'aiutare a scomporre le sostanze e facilitare le reazioni chimiche. Tuttavia, i solventi organici possono essere infiammabili, volatili e cancerogeni e sono potenzialmente pericolosi se manipolati in modo improprio. Inoltre, la sintesi di punti fluorescenti è in genere complessa e dispendiosa in termini di tempo e rappresenta una serie di sfide per la produzione su larga scala.
Ma i ricercatori dell'Università del Nebraska Medical Center (UNMC) stanno lavorando a una strategia alternativa. Stanno combinando l'acido ialuronico, un carboidrato comune, insieme ad aminoacidi specifici (le molecole che costituiscono le proteine). Entrambi questi componenti sono abbondanti nei nostri corpi e, soprattutto, entrambi possono dissolversi in acqua. Quest'ultima caratteristica annulla la necessità di solventi organici tossici.
"A differenza dei tradizionali punti fluorescenti, i nostri punti combinano due materiali naturali", ha spiegato l'autore senior dello studio Aaron Mohs, Ph.D., professore associato nel dipartimento di scienze farmaceutiche dell'UNMC. "Questo non solo facilita la sintesi del nostro nanomateriale, poiché possiamo purificare i punti usando solo acqua, ma sfrutta anche la biocompatibilità di queste molecole, rendendole potenzialmente una nanoparticella ideale per una varietà di impostazioni diverse". La ricerca di Mohs su questi punti fluorescenti è stata recentemente riportata sulla rivista ACS Omega .
In genere, quando i ricercatori producono particelle fluorescenti, utilizzano un materiale di partenza che ha proprietà fluorescenti. Tuttavia, né l'acido ialuronico né gli amminoacidi sono particolarmente fluorescenti da soli. Per far brillare i loro punti, Mohs e colleghi sfruttano la chimica unica che si verifica quando questi materiali si combinano. Poiché l'acido ialuronico interagisce con alcuni amminoacidi, gli elettroni condivisi da queste molecole possono rimanere confinati, influenzando il modo in cui gli elettroni reagiscono quando esposti a particolari lunghezze d'onda della luce. Questo fenomeno è noto come emissione potenziata reticolata. Il risultato? I punti si illuminano di blu in condizioni specifiche, consentendo la visualizzazione delle nanoparticelle nelle cellule.
Oltre alle applicazioni di imaging biomedico, i ricercatori volevano studiare se queste nanoparticelle fluorescenti potessero essere utilizzate per la somministrazione di farmaci. Hanno caricato i loro punti con doxorubicina, un comune chemioterapico contro il cancro, e ne hanno valutato le proprietà di rilascio di farmaci e gli effetti citotossici. Rispetto alla doxorubicina standard, i punti caricati di doxorubicina hanno rilasciato il farmaco più lentamente nei test di rilascio del farmaco standard e hanno mostrato una maggiore uccisione nelle cellule del cancro al seno. "Mentre una quantità apprezzabile di doxorubicina standard viene pompata fuori dalle cellule attraverso meccanismi di efflusso del farmaco, quando intrappoliamo il farmaco all'interno del punto, probabilmente stiamo aggirando in qualche modo questo effetto", ha spiegato l'autore del primo studio Deep Bhattacharya, Ph.D., che ora è uno scienziato senior presso Pfizer. "Questo intrappolamento nel nanodot consente un maggiore carico terapeutico e un rilascio prolungato di doxorubicina nelle cellule".
Mohs ha notato che questo lavoro di prova del concetto è solo l'inizio per i loro punti fluorescenti. "Vorremmo apportare ulteriori modifiche a questi punti per renderli migliori per il rilevamento biologico nei tessuti", ha affermato. "Ma questo studio iniziale ha dimostrato sia le proprietà di imaging che di rilascio di farmaci di questi punti, che possiamo realizzare utilizzando materiali ecologici". + Esplora ulteriormente
