Un nuevo invento que cambia de color permite «viajar en el tiempo» dentro de las células

SciTechDaily

Reloj de tiempo de biología celular

Científicos del Trinity College Dublin y el Royal College of Surgeons of Ireland han desarrollado tintes fluorescentes innovadores que cambian de color para visualizar diferentes entornos biológicos utilizando el mismo tinte. Estos colorantes, capaces de «encenderse» y «apagarse» según su ubicación en las estructuras celulares, permiten obtener imágenes de procesos celulares en tiempo real y con alto contraste. El avance, publicado en la revista Chem, allana el camino para avances en biodetección, imágenes de administración de fármacos y el estudio de la dinámica celular. La investigación se beneficia de la colaboración internacional y de una importante financiación de instituciones de investigación irlandesas, lo que promete una amplia gama de aplicaciones en biología y medicina. Crédito: SciTechDaily.com

Investigadores del Trinity College de Dublín, en colaboración con el Royal College of Surgeons of Ireland (RCSI), han desarrollado tintes fluorescentes especiales que cambian de color y que, por primera vez, pueden utilizarse para visualizar simultáneamente muchos entornos biológicos diferentes utilizando una sola sonda. . el color

Cuando estos colores se encapsulan en envases dispensadores, como se utiliza en las tecnologías

COVID-19
Identificado por primera vez en Wuhan, China en 2019, COVID-19 o enfermedad por coronavirus 2019 (como se llamaba originalmente "nuevo coronavirus 2019" o 2019-nCoV) es una enfermedad infecciosa causada por el síndrome respiratorio agudo severo coronavirus 2 (SARS-CoV-2). Se propagó por todo el mundo y provocó la pandemia de coronavirus 2019-22.

» data-gt-translate-attributes=»({«attribute»:»data-cmtooltip», «format»:»html»})» tabindex=»0″ role=»link»>COVID-19 vacunas, se «encienden» y emiten luz mediante un proceso llamado «emisión inducida por agregación» (AIE). Poco después de su entrega a las células, estas transfieren los tintes a gotitas de lípidos celulares antes de que su luz se «apague» antes de «encenderse».

Técnicas de imagen avanzadas

Los investigadores pueden utilizar una técnica llamada «imágenes de fluorescencia durante la vida útil» (FLIM) para distinguir si la luz que proviene del interior de las células es de un color diferente y ocurre en una ventana de tiempo diferente a la luz que proviene del mismo color dentro del recipiente de entrega. entre dos entornos en tiempo real.

Este trabajo fue publicado recientemente en una importante revista internacional, Química. El primer autor, el Dr. Adam Henwood, investigador principal de la Facultad de Química y residente del Trinity Biomedical Sciences Institute (TBSI), trabajó en el diseño con la estudiante de doctorado Connie Sigurvinsson.

El Dr. Henwood explicó: «La bioimagen se basa en tintes» encendidos/apagados «, donde los tintes solo emiten luz bajo un conjunto de condiciones pero en caso contrario se apagan. Esto es extremadamente útil, pero también significa que solo se puede ver un punto bajo el microscopio. a la vez. Eso es lo emocionante de este trabajo. Parte de eso es que nuestros colores alcanzan un punto ideal que les da propiedades únicas de encendido/apagado y, lo más importante, podemos observar y diferenciar estos diferentes estados «encendidos».

“Entonces, ambos vemos más y mejor que antes. Hacemos esto determinando cuánto tiempo tarda la luz de nuestras muestras en llegar al microscopio: la luz de los vasos de distribución tarda un poco más que la luz del interior de las células. Al recopilar suficientes señales de luz, podemos utilizar esta información para construir rápidamente imágenes 3D precisas de dos entornos de tinte diferentes. Las diferencias horarias son pequeñas (unas pocas milmillonésimas de segundo en cualquier sentido), pero nuestro método es lo suficientemente sensible como para captarlas.

Esta propiedad única significa que los tintes pueden tener una amplia gama de aplicaciones y tener el potencial de revolucionar, por ejemplo, los métodos de biodetección y de obtención de imágenes.

Cambios de luminiscencia del mismo tinte al pasar del disolvente orgánico puro al agua.

El brillo cambia de la misma tonalidad pasando del disolvente orgánico puro a la izquierda, al agua, a la derecha. Crédito: Dr. Adam Henwood, Trinity College Dublin

Debido a que estos tintes ayudan a los científicos a mapear estructuras complejas dentro de las células vivas con un contraste y especificidad tan altos, les permiten diseñar y realizar nuevos experimentos para mejorar nuestra comprensión de cómo las células absorben y metabolizan los medicamentos. El complejo funcionamiento interno de las células y toda su importante maquinaria bioquímica.

En un artículo publicado en una revista, los científicos se centraron en el uso de tintes para obtener imágenes de gotitas de lípidos (grasa) celulares, un ejemplo de los principales «orgánulos» que forman las células vivas en organismos altamente complejos (como nosotros los humanos).

Ahora se cree que las gotitas de lípidos, alguna vez consideradas simples «depósitos de grasa», desempeñan un papel importante en la regulación del metabolismo celular, coordinando la absorción, distribución, almacenamiento y utilización de lípidos dentro de las células. Debido a esta creciente comprensión de su importancia, y debido a que los cambios repentinos en su actividad a menudo indican estrés celular, sirven como un caso de prueba útil para los tintes. Una posible vía para futuras investigaciones es ver si el equipo puede apuntar a otros orgánulos celulares importantes con sus tintes.

Thorfinnur Gunlagsson, profesor de química en la Escuela de Química de Trinity y con base en TBSI, es el autor principal del artículo. Él dijo:

«Al observar diferentes colores de emisión fluorescente, es posible monitorear la función celular o el flujo de moléculas o candidatos a fármacos dentro de las células. El gran avance aquí es que podemos resolver y utilizar la diferencia en sus tiempos de vida de fluorescencia para identificar de manera rápida y precisa sondas similares en diferentes entornos celulares, literalmente sus coloridos «viajes en el tiempo» dentro de las células «. permite mapear

«Lo más interesante, sin embargo, es que este fenómeno no se aplica a las imágenes celulares. Estos resultados abren nuevas posibilidades, desde el estudio de la biología química, como mostramos aquí, hasta muchas otras aplicaciones médicas e incluso en la producción de nuevos materiales funcionales para su uso. Más allá de la biología: cualquier molecular o nanomaterial que requiera un movimiento molecular controlado puede, en principio, mapearse y ajustarse utilizando nuestro nuevo método.

Aplicaciones potenciales y direcciones futuras.

Y, de hecho, aquí es donde el autor pretende lanzar la red a lo largo y ancho. Visualizan muchas posibilidades nuevas para estos tintes, destacando su extraordinaria sensibilidad, atractiva para el desarrollo de sensores de contaminantes ambientales peligrosos o el uso de sus propiedades brillantes y emisoras de luz para energizar transformaciones químicas.

Fotosíntesis
La fotosíntesis es la forma en que las plantas y algunos microorganismos utilizan la luz solar para sintetizar carbohidratos a partir de dióxido de carbono y agua.

» data-gt-translate-attributes=»({«attribute»:»data-cmtooltip», «format»:»html»})» tabindex=»0″ role=»link»>Fotosíntesis.

La investigación tiene un carácter internacional (ocho países representados) e irlandés, y los principales organismos de financiación de este último, el Consejo Irlandés de Investigación (IRC) y la Fundación Científica de Irlanda, desempeñan ambos papeles fundamentales de apoyo financiero. El Centro de Investigación Farmacéutica de SFI, SSPC, financió principalmente el trabajo, junto con contribuciones del Centro AMBER de SFI y a través del Centro EPSRC-SFI para el Programa de Formación Doctoral con sede en AMBER.

Profe. Damien Thompson, profesor de Física de la Universidad de Limerick y director del SSPC, dijo: «En el Centro, avanzamos y creamos nuevos conocimientos en la interfaz de los materiales y la biología. Este trabajo colaborativo entre nuestros dos investigadores principales en Trinity y El RCSI demuestra el poder de la ciencia básica para impulsar la innovación en la medicina molecular. Al observar de cerca la interfaz celular y, lo que es más importante, en tiempo real, podemos ver mejor cómo las moléculas se mueven de un lugar a otro dentro de la nanomaquinaria de la célula, lo que nos acerca más. al sueño de Richard Feynman de comprender todo lo que hacen los organismos con las sacudidas y sacudidas de los átomos.

«Pero sólo recientemente los investigadores han tenido suficientes recursos experimentales y computacionales para detectar estos movimientos y vibraciones en entornos biológicos complejos. Este nuevo y emocionante trabajo demuestra imágenes altamente específicas y de alto contraste de la dinámica subcelular, lo que permite a los investigadores desarrollar formulaciones de fármacos más efectivas con menos efectos secundarios. efectos.»

El profesor Donal O’Shea, que supervisó la investigación, es un experto en imágenes celulares que trabaja en el Departamento de Química del RCSI y en el Consorcio de Imágenes de SuperResolución (financiado por la Science Foundation Ireland, SFI). Dijo: «Nuestro uso de FLIM para detectar interacciones funcionales de AIE con células vivas es un método que tiene una amplia aplicación a otros sistemas de fluoróforos, lo que nos permite obtener conocimientos que antes estaban ocultos».

Referencia: Adam F. Henwood, Niamh Curtin, Sandra Estalio-Adrian, Aramballi J. Savyasachi, Thomas A. Gudmundsson, junio, «Imágenes de fluorescencia resueltas en el tiempo con cambio de color,» Encendido / Encendido «AIE Nanopartículas I. Lovitt, L. Constance Sigurvinsson, Hannah L. Dalton, Chris S. Hawes, Denise Jacquemin, Donal F O’Shea y Thorfinnur Gunlagsson, 1 de diciembre de 2023, química.
DOI: 10.1016/j.chempr.2023.10.001

El estudio fue financiado por el Consejo Irlandés de Investigación y la Fundación Científica de Irlanda.

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