Un equipo internacional de científicos ha desarrollado un "nanografeno deformado" soluble en agua, una molécula flexible que es biocompatible y promete imágenes de células fluorescentes. La nueva molécula de nanografeno también induce la muerte celular cuando se expone a la luz láser azul.se requiere para determinar cómo los nanocarbonos podrían usarse para una variedad de aplicaciones biológicas, como la terapia fotodinámica para tratamientos contra el cáncer.
Un grupo de químicos y biólogos de la Universidad de Nagoya y el Boston College han logrado sintetizar una molécula de nanografeno deformado soluble en agua que es soluble en agua por primera vez. Esta nueva molécula, recientemente descrita en la revista Angewandte Chemie International Edition, se expandelas aplicaciones biológicas para los nanocarbonos, incluidas las imágenes de células cancerosas y posiblemente la erradicación.
Nanographenes, moléculas de carbono de tamaño nano, exhiben propiedades electrónicas, ópticas y mecánicas únicas, y han sido reconocidos como materiales prometedores para propósitos electrónicos y biomédicos. Sin embargo, la estructura plana de nanographenes conduce al apilamiento y agregación en solventes, dificultandodisolverse en varios solventes y causar complicaciones para aplicaciones biológicas.
En 2013, el profesor Kenichiro Itami, director del Proyecto de nanocarbono molecular JST-ERATO Itami y el Instituto de Bio-Moléculas Transformativas ITbM en la Universidad de Nagoya y sus colaboradores sintetizaron una molécula de nanografeno deformada con una estructura en forma de silla de montar.La organización única de los 26 anillos de grafeno de la molécula evita la agregación, haciéndola soluble en los solventes orgánicos más comunes. Además, exhibe fluorescencia verde cuando se irradia con luz ultravioleta o azul.
"Estábamos realmente entusiasmados cuando logramos sintetizar la molécula de nanografeno deformado, y estábamos interesados en ponerla a disposición para aplicaciones biológicas, lo que logramos al agregar grupos funcionales solubles en agua a la molécula", dice Itami.
En el último estudio, el grupo de Itami explica cómo desarrollaron una ruta directa para hacer que los nanografenos deformados sean solubles en agua. Primero, reemplazaron cinco átomos de hidrógeno con restos de boro, a través de una reacción de borylación de CH catalizada con iridio. El nanografeno deformado con boro sustituido esLuego se mezcla con un compuesto, llamado haluro de arilo, que contiene cadenas solubles en agua.solventes. Este método también se puede utilizar para instalar otros grupos funcionales en nanografeno deformado para ajustar fácilmente sus propiedades.
El equipo examinó las propiedades fluorescentes del nanografeno deformado soluble en agua. Descubrieron que, bajo la luz ultravioleta, la molécula fluorescía de color amarillo cuando se disuelve en agua y verde fluorescente cuando se mezcla con el disolvente orgánico común diclorometano. El nuevo nanografeno mostró alta fotoestabilidad,lo que significa que sus propiedades no cambian cuando se exponen a la luz, sino que el color de la fluorescencia cambia según la polaridad de los solventes en los que se disuelven.
Luego, el equipo de Itami colaboró con los biólogos de ITbM para probar si la nueva molécula podría teñir las células vivas para la obtención de imágenes de células fluorescentes. Trataron las células HeLa, una cepa de células de cáncer cervical ampliamente utilizada en investigación, con una solución de nanografeno deformado soluble en agua.Las observaciones microscópicas mostraron que las células tomaron la molécula durante unas pocas horas y se acumuló en los lisosomas, que son orgánulos que se encuentran en las células. La viabilidad celular no cambió significativamente con el tiempo, lo que demuestra que el nanografeno deformado soluble en agua tiene baja citotoxicidad y podría serutilizado como una mancha fluorescente para las células HeLa.
Sin embargo, la molécula puede volverse mortal en ciertas circunstancias. Cuando las células HeLa tratadas fueron irradiadas con un láser azul, exhibieron la muerte celular después de 30 minutos. Las células HeLa no tratadas no lo hicieron.
"Aunque nuestro nuevo nanografeno deformado tiene baja toxicidad para las células HeLa, nos sorprendió descubrir que se observó la muerte celular al irradiar luz a las células teñidas con el nuevo nanografeno", dice Itami.
El mecanismo específico de cómo ocurre esta muerte celular aún no está claro, pero el grupo especula que se genera una molécula de oxígeno singlete tóxico durante la irradiación y es responsable de la muerte celular. Se sabe que otros compuestos causan la muerte celular fotoinducida,pero aún existe la necesidad de descubrir moléculas que puedan absorber longitudes de onda más largas para usarlas de manera segura para tratar las células cancerosas en los tejidos profundos. Los investigadores prevén que su método para funcionalizar y sintonizar nanografenos deformados podría conducir a moléculas biocompatibles que absorben diferentes longitudes de onda de irradiación.
"Hemos logrado sintetizar un nanografeno deformado soluble en agua que muestra fluorescencia, buena fotoestabilidad y baja citotoxicidad, lo que lo hace prometedor para la bioimagen", dice Itami. "Este logro es un excelente ejemplo que muestra el resultado de la amplia colaboración entre la químicay biología en curso en nuestro instituto. Esperamos que nuestras moléculas puedan desarrollarse aún más para una amplia gama de aplicaciones biológicas a través de colaboraciones interdisciplinarias adicionales ".
El resultado de este estudio no solo demuestra el poder de los nanocarbonos para aplicaciones biológicas, sino que también muestra la sinergia gratificante entre la química sintética y la biología.
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Materiales proporcionado por Instituto de Bio-Moléculas Transformativas WPI-ITbM, Universidad de Nagoya . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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