Il nuovo colorante fluorescente può illuminare il cervello

Il laboratorio della Rice University crea un nuovo strumento di imaging con il potenziale per il trattamento del cancro.

Parla di un’idea brillante: illuminare il cervello non è più solo una figura retorica, grazie ai chimici innovativi di Università del Riso E Università di Stanford.

Han Xiao della Rice University e Zhen Cheng della Stanford University, insieme ai loro collaboratori, hanno creato uno strumento di imaging cerebrale non invasivo che fa luce su strutture e funzioni precedentemente inaccessibili. Il loro colorante unico a piccole molecole, noto come fluoroforo, è il primo del suo genere a penetrare la barriera emato-encefalica. Inoltre, in uno studio sui topi, il colorante è stato in grado di distinguere tra tessuto cerebrale sano e un tumore di glioblastoma.


“Questo potrebbe essere molto utile per la chirurgia guidata dall’imaging, per esempio”, ha detto Xiao. “Usando questo colorante, un medico potrebbe determinare dove si trova il confine tra tessuto cerebrale normale e tessuto tumorale”.

Lo studio è presente sulla copertina del Giornale dell’American Chemical Society.

Se sei stato in un acquario o in una discoteca, probabilmente avrai notato il bagliore colorato che alcuni oggetti o superfici emettono sotto una luce nera. Conosciuto come fluorescenza, questo effetto luminoso può essere utile per rendere visibili cose che altrimenti passerebbero inosservate.

“L’imaging a fluorescenza è stato applicato per l’imaging del cancro in diverse parti del nostro corpo”, ha detto Xiao. “I vantaggi di una sonda a fluorescenza includono l’alta risoluzione e la capacità di adattare la sonda alla lettura di diverse sostanze o attività”.

Più profondo è un tessuto o un organo, più lunghe sono le lunghezze d’onda necessarie per discernere la presenza di piccole molecole fluorescenti. Per questo motivo, il secondo canale nel vicino infrarosso (NIR-II) con lunghezze d’onda da 1.000 a 1.700 nanometri è particolarmente importante per l’imaging dei tessuti profondi. Per riferimento, le lunghezze d’onda della luce visibile vanno da 380 a 700 nanometri.


“Il nostro strumento è davvero prezioso per l’imaging profondo perché funziona nella regione NIR-II”, ha affermato Xiao. “A differenza delle lunghezze d’onda NIR-II, gli effetti fluorescenti all’interno dello spettro visibile o con lunghezze d’onda del vicino infrarosso comprese tra 600 e 900 nanometri (NIR-I) ti porteranno solo alla profondità della pelle.”

L’imaging cerebrale rappresenta una sfida particolare non solo per la profondità e l’accessibilità dei tessuti, ma anche per la barriera emato-encefalica, uno strato di cellule che funge da filtro molto selettivo per limitare il passaggio di sostanze dal sistema circolatorio al sistema nervoso centrale .

“Le persone vogliono sempre sapere cosa sta succedendo esattamente nel cervello, ma è molto difficile progettare una molecola che possa penetrare la barriera emato-encefalica. Fino al 98% dei farmaci a piccole molecole approvati dalla Food and Farmaco L’amministrazione (FDA) non può”, ha detto Xiao.


“In generale, il motivo per cui una molecola di colorante NIR-II tende ad essere grande è perché è una struttura coniugata con molti doppi legami”, ha continuato. “Questo è un vero problema e il motivo per cui fino ad ora non siamo stati in grado di utilizzare la fluorescenza nell’imaging cerebrale. Abbiamo cercato di affrontare questo problema sviluppando questo nuovo scaffold colorante che è molto piccolo ma ha una lunga lunghezza d’onda di emissione.

A differenza degli altri due scaffold NIR-II noti, che non sono in grado di attraversare la barriera emato-encefalica, quello sviluppato da Xiao è più compatto, il che lo rende un ottimo candidato per sonde o farmaci mirati al cervello. “In futuro, potremmo modificare questa impalcatura e usarla per cercare molti metaboliti diversi nel cervello”, ha detto Xiao.

Al di là del cervello, il colorante sviluppato da Xiao ha una durata molto maggiore rispetto al verde indocianina, l’unico colorante a piccole molecole NIR approvato dalla FDA per l’uso come agente di contrasto. Una durata di vita più lunga significa che i ricercatori hanno più tempo per registrare la traccia fluorescente prima che scompaia.

“Se esposto alla luce, la traccia di colorante verde indocianina si deteriora in pochi secondi, mentre il nostro colorante lascia una traccia stabile per più di 10 minuti”, ha detto Xiao.



Riferimento: “Scaffold fluorescenti fotostabili a piccole molecole NIR-II che attraversano la barriera emato-encefalica per l’imaging cerebrale non invasivo” di Shichao Wang, Hui Shi, Lushun Wang, Axel Loredo, Sergei M. Bachilo, William Wu, Zeru Tian, ​​Yuda Chen , R. Bruce Weisman, Xuanjun Zhang, Zhen Cheng e Han Xiao, 13 dicembre 2022, Giornale dell’American Chemical Society.
DOI: 10.1021/jacs.2c11223

Lo studio è stato finanziato dal Cancer Prevention and Research Institute del Texas, dal National Institutes of Health, dal Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti, dalla Welch Foundation, dalla National Science Foundation, dalla Hamill Foundation, dalla John S. Dunn Foundation e dal Dipartimento della Stanford University. di Radiologia.