18 de setembro, 2018 - Químicos da Universidade de Oregon criaram uma nova classe de corantes fluorescentes que funcionam na água e emitem cores com base exclusivamente no diâmetro de nanotubos circulares feitos de carbono e hidrogênio.

A equipe de seis membros relatou a descoberta, que agora está sendo explorado por seu uso potencial em imagens biológicas, em um artigo de acesso aberto publicado online em 30 de agosto, antes da impressão no jornal ACS Central Science .

O artigo detalha como as moléculas orgânicas sintetizadas chamadas nanohoops, que inicialmente não eram solúveis em água, foram manipulados com uma cadeia lateral química para permitir que eles passassem através das membranas celulares e mantivessem suas cores dentro das células vivas.

Por anos, cientistas envolvidos em pesquisas biológicas e diagnósticos médicos têm contado com compostos químicos chamados fluoróforos, que têm estruturas planas e emitem cores diferentes com a excitação de luz, para marcar moléculas biológicas específicas. O potencial das estruturas circulares para fornecer novas propriedades fluorescentes é muito menos explorado.

Nanohoops, que são pequenas fatias circulares de nanotubos de carbono, pode permitir o uso de várias cores fluorescentes, desencadeada por uma única excitação, para rastrear simultaneamente várias atividades em células vivas, disse o co-autor do estudo Ramesh Jasti, professor do Departamento de Química e Bioquímica da UO e membro do Instituto de Ciência de Materiais.

"A fluorescência dos nanohoops é modulada de maneira diferente dos fluoróforos mais comuns, o que sugere que existem oportunidades únicas para o uso desses corantes nanohoop em aplicações de detecção, "disse o co-autor Michael Pluth, também professor do Departamento de Química e Bioquímica da UO. "Esses corantes retêm sua fluorescência em uma ampla faixa de valores de pH, tornando-os fluoróforos funcionais e estáveis ​​em uma ampla gama de condições ácidas e básicas. "

Pesquisadores dos laboratórios Jasti e Pluth colaboraram na pesquisa, que foi financiado pela National Science Foundation, Instituto Nacional de Saúde, Fundação Sloan e Fundação Camille e Henry Dreyfus.

Os nanohoops têm uma composição atômica precisa, Jasti disse. Uma vez que uma cadeia lateral química foi projetada pela autora principal do estudo, Brittany M. White, um estudante de doutorado no laboratório de Jasti, os nanohoops tornaram-se solúveis e passaram livremente pelas membranas celulares, mas não foram para locais específicos.

"Estruturas circulares como essas nanopartículas se dissolvem em meio aquoso melhor do que estruturas planas, "Jasti disse." Nós descobrimos isso apenas fazendo isso. Não fazia parte do plano. Queríamos apenas fazer nanoestruturas de carbono de uma forma ultrapura. As emissões brilhantes dos diferentes tamanhos que eles produziram simplesmente aconteceram. É um fenômeno em nanoescala. "

Em uma próxima etapa, co-autor Yu Zhao, um pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Pluth, explorou para onde os nanohoops estavam indo dentro das células e se eles podem ser guiados para locais específicos dentro das células. Uma cadeia lateral adicional contendo ácido fólico conduziu os nanopartículas às células cancerosas.

"Esse sucesso nos disse que esses nanohoops podem ser traficados para diferentes tipos de células ou mesmo para compartimentos intracelulares, "Disse Jasti." Isso também sugeriu seu possível uso em diagnósticos médicos ou mesmo na administração de medicamentos, porque nossos nanohoops podem facilmente carregar pequenos compartimentos que irão para locais específicos. "

Níveis de toxicidade dos nanohoops, ele adicionou, não são diferentes dos corantes fluorescentes usados ​​tradicionalmente.

Em um esforço recém-financiado, Jasti está trabalhando com Xiaolin Nan do Departamento de Engenharia Biomédica da Oregon Health &Science University em Portland para buscar o uso de nanopartículas em imagens biológicas. O projeto está entre os 10 financiados pelo programa OHSU-UO Collaborative Seed Grant 2018. Pluth recebe um subsídio inicial separado no programa.

"Não vimos nada parecido com esses nanohoops no mundo da química de corantes antes, "disse o co-autor do estudo Bruce P. Branchaud, professor emérito de química e bioquímica da UO e distinto cientista do Centro de Pesquisa Avançada de Detecção Antecipada do Câncer do Instituto Knight do Câncer da OHSU.

"Todas as outras tinturas foram planas, considerando que esses nanohoops são círculos não planos, "disse ele." Suas estruturas únicas fornecem propriedades únicas que pretendemos desenvolver e explorar para novas contribuições significativas para a biologia química, biotecnologia, ciências biomédicas e medicina. "