Smedning af molekylære bindinger med grønt lys

QUT-forskere har skabt et nyt molekylært koblingsværktøj, der anvender både grønt lys og pH-triggere, der har potentiale til brug i applikationer såsom lægemiddellevering og 3-D cellekulturplatforme.

Deres forskning er blevet offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation .

Undersøgelsen blev udført af hovedforfatter og QUT Ph.D. kemiforsker Kubra Kalayci, Australian Research Council (ARC) DECRA -stipendiat Dr. Hendrik Frisch, Forsker Dr. Vinh Truong, og ARC-vinder Lektor Christopher Barner-Kowollik fra QUT's Soft Matter Materials Laboratory i Science and Engineering Faculty Center for Materials Science.

Professor Barner-Kowollik sagde, at forskere konstant søgte at bevæge sig længere væk fra at bruge hårdt UV-lys til at aktivere kemiske reaktioner.

"Vores fotokemiske innovation er et andet eksempel på det, der kaldes rødforskydning-bevæger sig gennem lysets farver i spektret, fra blå til grøn mod rød, til lys, der har længere bølgelængder, " han sagde.

"I fortiden, de fleste af disse typer fotokemiske reaktioner blev udløst af hårdt UV (ultraviolet) lys. Men det forhindrer applikationer i en biologisk kontekst, fordi UV -lys har så meget energi, at det dræber celler. Tandpleje er et eksempel på et af de områder, der har ændret sig. Oprindeligt brugte tandlæger UV -lamper. Nu ved enhver, der har haft en fyldning, sikkert, at tandlægen bruger en lille lampe med længere bølgelængdeblåt lys til hærdning. Jo længere lysbølgelængde jo bedre, i princippet. Strålingen er mindre skadelig, så den kan bruges til biologiske anvendelser, og det giver mulighed for dybere lysindtrængning. Til tandpleje, det betyder bedre og mere ensartet hærdning. Men det er også sværere at gøre, fordi jo længere lysets bølgelængde er, jo mindre energi har du til at drive den kemiske reaktion. Tilføjelse af en ekstra stimulans med det grønne lys, som vi har med at variere pH som en reversibel tænd / sluk-kontakt til reaktionen, giver mulighed for bedre regulering. Dette er især vigtigt for lægemiddelleveringssystemer, hvor stoffet skal frigives under en bestemt pH, da pH varierer i hele menneskekroppen. Dette er også en katalysatorfri reaktion. Det betyder, at der ikke er noget hjælpermolekyle til at få det til at ske. Det er også vigtigt for biologisk anvendelse, fordi hjælpermolekyler i mange tilfælde indeholder metal, og du vil ikke have noget, der kan lække ud, eller noget, der viser sig at være cytotoksisk eller kræftfremkaldende. "

For at undersøge det nye grønne lys-pH-koblingsværktøjs egnethed til biomaterialeteknik, Kalayci sagde, at forskergruppen skabte hydrogeler med forskellige egenskaber.

"Disse viste, at grønt lys tillod højere indtrængningsdybder, resulterer i fremstilling af tykkere hydrogeler, " hun sagde.

Dr. Truong sagde, at celler dyrket inde i hydrogelerne "viste, at processen med at skabe gelerne var giftfri, og cellerne forblev også levedygtige i flere dage. "

Teamet mener, at det nye koblingsværktøj har en række andre potentielle applikationer.

"For eksempel, i forbindelse med personlig medicin, "Dr. Truong og Dr. Frisch sagde." Du vil måske bruge vores reaktion til at vedhæfte et kræftmedicin til en bestemt del af et molekyle til at levere stoffet på en måde, der passer til en bestemt patient. "

Professor Barner-Kowollik sagde, at det også var endnu et skridt i retning af at opnå "molekylær kirurgi."

"Det kemikere håber at gøre er at kunne 'operere' på en del af et molekyle uden at påvirke noget andet, " han sagde.

"Så, for eksempel, hvis du havde et protein, et stort komplekst molekyle, vi vil gerne kunne bruge lys som en kemisk skalpel og meget forsigtigt gå ind og ændre en del af det molekyle uden at påvirke nogen anden del. Det giver mange potentielle applikationer. "

Ansøgninger kan omfatte, Dr. Truong sagde, "ser på den selektive tværbinding af DNA for at studere den underliggende mekanisme for en kræft, leder efter veje til målrettet behandling, eller skabe dynamiske hydrogel -stilladser til undersøgelse af celleinteraktioner til vævsregenereringsterapi.

"Ved hjælp af lys, vi leverer kemiske værktøjer til at kunne nå disse mål. "