En efterglödande självlysande nanosond öppnar nya möjligheter för att avbilda levande celler. Som ett forskarlag rapporterar i tidskriften Angewandte Chemie International Edition , kan deras nya "nanolampa" fortsätta att lysa i mer än 10 dagar efter en enda excitation.
Detta gör att de rutter som mikrorobotar tar genom kroppen kan spåras i realtid. Dessutom kan den "laddas" icke-invasivt med nära-infrarött (NIR) ljus utan kontakt.
Makrofager är viktiga immunceller som "äter" bakterier samt är involverade i bortskaffandet av cancerceller. Dessutom kan de ta upp läkemedel och transportera dem in i celler, inklusive tumörceller. Om de tar upp magnetiska nanopartiklar kan makrofager styras av magnet till ett målområde i kroppen, till exempel en tumör. Detta gör det möjligt för makrofager "mikrorobotar" att minska biverkningarna i samband med kemoterapi.
Det skulle vara användbart att kunna spåra mikrorobotarna över tid när de rör sig genom kroppen. Fluorescensavbildningstekniker har övervägts men kräver konstant extern bestrålning. Detta orsakar en hög nivå av bakgrundsljud som härrör från autofluorescensen av många biomolekyler. Dessutom begränsar det begränsade penetrationsdjupet för det synliga och UV-ljus genom vävnader som krävs in i vävnaden detektionsdjupet.
Ett alternativ kan vara att använda sönder som kan bestrålas före ingreppet och producera en efterglöd. Oorganiska nanopartiklar med långvarig efterglöd har dock risken att tungmetalljoner läcker ut; medan organiska föreningar bara lyser under en kort tid och inte kan exciteras upprepade gånger.
Ett team från Shenzhen Institute of Advanced Technology, Chinese Academy of Sciences (Kina) som samarbetar med Koç University (Turkiet) har nu utvecklat en "uppladdningsbar nanofackla". Den är gjord av flera komponenter:nanopartiklar av en prekursor till en självlysande organisk molekyl, fotosensibilisatorer (en hydrofob analog av metylenblått) och polyetylenglykol utrustad med cellpenetrerande peptider.
Fotosensibilisatorn absorberar NIR-ljus och exciterar omgivande syremolekyler. Detta mycket reaktiva singlettsyre binder sedan till prekursorn och bildar en dioxetangrupp, en fyrledad ring gjord av två syre- och två kolatomer. Detta genomgår en omarrangering som frigör den önskade luminescerande molekylen och avger överskottsenergi genom luminiscering. Efter den initiala bestrålningen fortsätter nanotackorna att lysa i tio dagar.
När de är utarmade kan nanotiksorna laddas på "fjärr" och få dem att lysa upp igen genom extern strålning med NIR-ljus, som kan tränga djupt in i vävnader - flera gånger. Detta kräver att de relativa mängderna av fotosensibilisator och luminescerande molekylprekursor väljs så att endast några av prekursorerna aktiveras med varje bestrålning. Detta möjliggör avbildning över längre tidsperioder.
Kinateamet under ledning av Pengfei Zhang, Ping Gong och Lintao Cai samarbetade med Turkiets team ledd av Safacan-Kolemen för att introducera dessa nya nanotackor i makrofagbaserade mikrorobotar och kunde följa deras magnetstyrda väg genom mösskroppar på riktigt tid genom luminescenssignalerna.
Mer information: Gongcheng Ma et al, Rechargeable Afterglow Nanotorches for In Vivo Tracing of Cell-Based Microrobots, Angewandte Chemie International Edition (2024). DOI:10.1002/anie.202400658
Journalinformation: Angewandte Chemie International Edition
Tillhandahålls av Wiley
