Перезаряжаемый нанофакел: послесвечение позволяет отслеживать клеточных микророботов в реальном времени

Новый люминесцентный нанозонд с послесвечением открывает возможности для визуализации живых клеток. Как сообщает исследовательская группа в журнале Angewandte Chemie International Edition, их новый «нанофакел» может светиться более 10 дней после однократного возбуждения.

Это позволяет в реальном времени отслеживать маршруты микророботов в организме. Кроме того, его можно неинвазивно «перезаряжать» ближним инфракрасным (NIR) светом бесконтактным способом.

Макрофаги — важные иммунные клетки, которые «поедают» бактерии и участвуют в уничтожении раковых клеток. Они также могут захватывать лекарства и транспортировать их в клетки, включая опухолевые. Если макрофаги поглощают магнитные наночастицы, их можно направлять магнитом к цели в организме, например, к опухоли. Это позволяет «микророботам» на основе макрофагов снижать побочные эффекты химиотерапии.

Было бы полезно отслеживать движение таких микророботов с течением времени. Рассматривались методы флуоресцентной визуализации, но они требуют постоянного внешнего облучения. Это создаёт высокий уровень фонового шума из-за автофлуоресценции многих биомолекул. Кроме того, ограниченная глубина проникновения видимого и УФ-излучения через ткани ограничивает глубину детектирования.

Альтернативой может быть использование зондов, которые можно облучить до процедуры и которые дают послесвечение. Однако неорганические наночастицы с длительным послесвечением несут риск утечки ионов тяжёлых металлов, а органические соединения светятся лишь короткое время и не могут возбуждаться повторно.

Команда из Shenzhen Institute of Advanced Technology, Chinese Academy of Sciences (Китай) в сотрудничестве с Koç University (Турция) разработала «перезаряжаемый нанофакел». Он состоит из нескольких компонентов: наночастиц-предшественников люминесцентной органической молекулы, фотосенсибилизаторов (гидрофобный аналог метиленового синего) и полиэтиленгликоля, снабжённого клеточно-проникающими пептидами.

Фотосенсибилизатор поглощает NIR-свет и возбуждает окружающие молекулы кислорода. Этот высокореактивный синглетный кислород затем связывается с предшественником и образует диоксетановую группу — четырёхчленное кольцо из двух атомов кислорода и двух атомов углерода. Она подвергается перегруппировке, высвобождая целевую люминесцентную молекулу и испуская избыточную энергию в виде свечения. После начального облучения нанофакелы продолжают светиться десять дней.

После истощения нанофакелы можно «удалённо» перезарядить и снова заставить светиться с помощью внешнего NIR-излучения, которое глубоко проникает в ткани, — и делать это многократно. Для этого необходимо подобрать относительные количества фотосенсибилизатора и предшественника люминесцентной молекулы так, чтобы при каждом облучении активировалась лишь часть предшественников. Это позволяет проводить визуализацию в течение более длительных периодов времени.

Китайская команда под руководством Пэнфэя Чжана, Пин Гонга и Линьтао Цая совместно с турецкой командой под руководством Сафаджана-Колемена внедрили эти новые нанофакелы в микророботов на основе макрофагов и смогли отслеживать их магнитоуправляемый путь в организмах мышей в реальном времени по сигналам люминесценции.