Technologie bioobrazowania, takie jak obrazowanie fluorescencyjne (FI) i obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MRI) są wykorzystywane zarówno w badaniach podstawowych, jak i w medycynie klinicznej. Nie są jednak pozbawione wad.

FI pozwala na wizualizację komórek i innych procesów biologicznych z wysoką rozdzielczością, ale tylko na powierzchni tkanek. MRI może rejestrować obrazy głęboko w organizmie, ale nie zapewnia rozdzielczości na poziomie pojedynczych komórek, możliwej w przypadku FI. Ponadto środki kontrastowe do MRI zawierają metale paramagnetyczne, takie jak gadolin, które mogą potencjalnie powodować niepożądane skutki uboczne.

Zespół badawczy kierowany przez naukowców z Kyushu University modyfikując luminescencyjne rodniki organiczne opracował nową, rozpuszczalną w wodzie i wolną od metali cząsteczkę, która ma podwójne zastosowanie - można ją wykryć za pomocą obrazowania fluorescencyjnego i wykorzystać jako środek kontrastowy do MRI. Odkrycia te otwierają możliwości opracowania bezpieczniejszych, wielofunkcyjnych i mniej toksycznych środków obrazowania, a także zastosowań w innych technikach bioobrazowania.

„Opracowaliśmy cząsteczkę o funkcjonalności zarówno dla FI, jak i MRI. Stworzenie takiej cząsteczki jest trudne, ponieważ funkcjonalność obu technologii różni się – wyjaśnił profesor nadzwyczajny Ken Albrecht z Kyushu University, który kierował badaniem. - W FI cząsteczka absorbuje i ponownie emituje światło o określonych długościach fal, które następnie wykrywamy. MRI działa poprzez wykrywanie spinu molekularnego atomów wodoru w cząsteczkach wody w organizmie. Materiał kontrastowy pomaga poprawić klarowność uzyskanego obrazu".

Zespół skupił się na obiecującej serii cząsteczek zwanych luminescencyjnymi rodnikami organicznymi, które, jak wykazano, wytwarzają fluorescencję i spin molekularny. Jednak wcześniejsze badania wykazały, że cząsteczki te są hydrofobowe (nierozpuszczalne w wodzie), co ogranicza ich zastosowanie w układach biologicznych.

„Kontynuujemy prace nad cząsteczką zwaną tris(2,4,6-trichlorofenylo)metylo (TTM), luminescencyjnym rodnikiem organicznym, który wytwarza fluorescencję i działa jako środek kontrastowy w MRI – wyjaśnił Albrecht. - Pierwsza generacja cząsteczek, które stworzyliśmy, wykazywała dobrą aktywność w rezonansie magnetycznym (MRI), ale charakteryzowała się wyjątkowo słabą fluorescencją. Kontynuowaliśmy optymalizację cząsteczki, aby uczynić ją rozpuszczalną w wodzie i poprawić jej aktywność fluorescencyjną".

Ostatecznie zespół opracował dwie cząsteczki: TTM-tisTP3B i TTM-trisTP9B. Obie cząsteczki są związane w trzech kierunkach z grupami rozpuszczalnymi w wodzie i wytwarzają głęboko czerwoną fluorescencję w wodzie. TTM-trisTP3B został przetestowany w żywych komórkach i potwierdzono, że emituje fluorescencję wokół jądra komórkowego i świeci przez co najmniej 24 godziny. Obie cząsteczki zwiększyły kontrast obrazów fantomowych MRI około 2,5 do 4,5 razy bardziej niż wcześniej opisane rozpuszczalne w wodzie rodniki TTM.

„Będziemy musieli przeprowadzić badania na zwierzętach, aby dokładniej zbadać żywotność tych cząsteczek, ale obecne wyniki stanowią ważny dowód słuszności koncepcji dwumodalnego obrazowania fluorescencji/MRI bez użycia metali – podsumował Albrecht. - Luminescencyjne rodniki organiczne przyciągnęły uwagę w dziedzinie informatyki kwantowej, czujników kwantowych i zaawansowanych materiałów elektronicznych. Wyniki te mogą również stanowić podstawę dla przyszłych technologii czujników kwantowych".

Paweł Wernicki (PAP)

pmw/ agt/