El colorante de molécula pequeña NIR-II desarrollado por el laboratorio del químico Han Xiao de la Universidad de Rice aparece en la portada de la edición del 28 de diciembre de la revista Journal of the American Chemical Society. Crédito: Xiao lab/Universidad de Rice
El laboratorio de la Universidad de Rice crea una nueva herramienta de imagen con potencial para el tratamiento del cáncer.
Hable acerca de una idea brillante: iluminar el cerebro ya no es solo una forma de hablar, gracias a los químicos innovadores en Universidad de arroz y Universidad Stanford.
Han Xiao de la Universidad de Rice y Zhen Cheng de la Universidad de Stanford, junto con sus colaboradores, han creado una herramienta de imagen cerebral no invasiva que arroja luz sobre estructuras y funciones que antes eran inaccesibles. Su tinte único de molécula pequeña, conocido como fluoróforo, es el primero de su tipo en penetrar la barrera hematoencefálica. Además, en un estudio en ratones, el tinte pudo distinguir entre tejido cerebral sano y un tumor de glioblastoma.
“Esto podría ser muy útil para la cirugía guiada por imágenes, por ejemplo”, dijo Xiao. “Usando este tinte, un médico podría determinar dónde está el límite entre el tejido cerebral normal y el tejido tumoral”.
El estudio aparece en la portada de la Revista de la Sociedad Química Estadounidense.
El colorante de molécula pequeña NIR-II de formanzanato desarrollado por el químico Han Xiao de la Universidad de Rice y sus colaboradores es actualmente el único de su tipo que puede cruzar la barrera hematoencefálica. Crédito: Xiao lab/Universidad de Rice
Si has estado en un acuario o en un club nocturno, probablemente hayas notado el brillo colorido que emiten algunos objetos o superficies bajo una luz negra. Conocido como fluorescencia, este efecto brillante puede ser útil para hacer visibles cosas que de otro modo pasarían desapercibidas.
Zhen Cheng es investigador del Instituto de Materia Médica de Shanghái y de la Universidad de Stanford. Crédito: Xiao lab/Universidad de Rice
“Las imágenes de fluorescencia se han aplicado para obtener imágenes del cáncer en diferentes partes de nuestro cuerpo”, dijo Xiao. “Las ventajas de una sonda de fluorescencia incluyen la alta resolución y la capacidad de adaptar la sonda para leer diferentes sustancias o actividades”.
Cuanto más profundo es un tejido u órgano, más largas son las longitudes de onda necesarias para discernir la presencia de pequeñas moléculas fluorescentes. Por esta razón, el segundo canal de infrarrojo cercano (NIR-II) con longitudes de onda de 1000 a 1700 nanómetros es especialmente importante para la obtención de imágenes de tejido profundo. Como referencia, las longitudes de onda de la luz visible oscilan entre 380 y 700 nanómetros.
“Nuestra herramienta es realmente valiosa para la obtención de imágenes profundas porque funciona en la región NIR-II”, dijo Xiao. «A diferencia de las longitudes de onda NIR-II, los efectos fluorescentes dentro del espectro visible o con longitudes de onda del infrarrojo cercano entre 600 y 900 nanómetros (NIR-I) solo lo llevarán hasta la piel».
Las imágenes cerebrales plantean un desafío particular no solo por la profundidad y accesibilidad del tejido, sino también por la barrera hematoencefálica, una capa de células que actúa como un filtro muy selectivo para restringir el paso de sustancias del sistema circulatorio al sistema nervioso central. .
Han Xiao es profesor asistente de química, biociencias y bioingeniería en la Universidad de Rice. Crédito: Xiao lab/Universidad de Rice
“La gente siempre quiere saber qué sucede exactamente en el cerebro, pero es muy difícil diseñar una molécula que pueda penetrar la barrera hematoencefálica. Hasta el 98% de los medicamentos de molécula pequeña aprobados por la Food and Droga La administración (FDA) no puede”, dijo Xiao.
“En términos generales, la razón por la que una molécula de colorante NIR-II tiende a ser grande es porque es una estructura conjugada con muchos enlaces dobles”, continuó. “Este es un verdadero problema y la razón por la que no hemos podido utilizar la fluorescencia en las imágenes cerebrales hasta ahora. Intentamos abordar este problema desarrollando este nuevo andamio de tinte que es muy pequeño pero tiene una longitud de onda de emisión larga”.
A diferencia de los otros dos andamios de colorante NIR-II conocidos, que no son capaces de cruzar la barrera hematoencefálica, el desarrollado por Xiao es más compacto, lo que lo convierte en un gran candidato para sondas o fármacos dirigidos al cerebro. “En el futuro, podríamos modificar este andamio y usarlo para buscar muchos metabolitos diferentes en el cerebro”, dijo Xiao.
Más allá del cerebro, el tinte desarrollado por Xiao tiene un poder duradero mucho mayor que el verde de indocianina, el único tinte de molécula pequeña NIR aprobado por la FDA para su uso como agente de contraste. Una vida útil más larga significa que los investigadores tienen más tiempo para registrar el rastro fluorescente antes de que desaparezca.
“Cuando se expone a la luz, el rastro del tinte verde de indocianina se deteriora en segundos, mientras que nuestro tinte deja un rastro estable durante más de 10 minutos”, dijo Xiao.
Referencia: «Andamios fluorescentes NIR-II de molécula pequeña fotoestables que cruzan la barrera hematoencefálica para imágenes cerebrales no invasivas» por Shichao Wang, Hui Shi, Lushun Wang, Axel Loredo, Sergei M. Bachilo, William Wu, Zeru Tian, Yuda Chen , R. Bruce Weisman, Xuanjun Zhang, Zhen Cheng y Han Xiao, 13 de diciembre de 2022, Revista de la Sociedad Química Estadounidense.
DOI: 10.1021/jacs.2c11223
El estudio fue financiado por el Instituto de Investigación y Prevención del Cáncer de Texas, los Institutos Nacionales de Salud, el Departamento de Defensa de EE. UU., la Fundación Welch, la Fundación Nacional de Ciencias, la Fundación Hamill, la Fundación John S. Dunn y el Departamento de la Universidad de Stanford. de Radiología.
