Teknikken gør det muligt for forskere at fokusere virkningen af ​​lægemidler via infrarødt lys

At have absolut kontrol over aktiviteten af ​​et molekyle i en organisme, eller beslutte hvornår, hvor og hvordan et lægemiddel aktiveres-det er nogle af de mulige mål med såkaldte fotoswitchbare molekyler, forbindelser, der ændrer deres egenskaber i nærværelse af visse lysbølger. Resultaterne af en undersøgelse ledet af Institute for Bioengineering of Catalonia (IBEC) sammen med Universitat Autònoma de Barcelona (UAB), bringe objektive dette et skridt nærmere.

Brug af pulserende infrarøde lyslasere, forskere har aktiveret molekyler placeret inde i neuralt væv med en effektivitet på næsten 100 procent. "Det er en udvikling, der åbner døren for et stort antal applikationer, herunder medicin, der kun virker på det punkt i kroppen, der er oplyst og derfor er fri for uønskede bivirkninger i andre regioner, og den rumlige og tidsmæssige kontrol af ethvert protein, hvis funktion vi ønsker at studere i sammenhæng med en organisme, "siger Pau Gorostiza, ICREA -forskningsprofessor og leder af Nanoprobes and Nanoswitches Group på IBEC. Undersøgelsen er for nylig blevet offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation .

Høj præcision lysfølsomme kontakter

Det fotoswitchbare molekyle, som forskerne brugte, er en ny variant af azobensen, en kemisk forbindelse, der har en flad form i mørket, men som bøjer når det udsættes for lys. Fotofarmakologi søger at drage fordel af denne ejendommelige egenskab til at kontrollere lægemidlets aktivitet - et inaktivt lægemiddel kombineret med azobensen indføres i kroppen. Udformningen af ​​lægemidlet tillader kun dets funktion, når azobensen er bøjet. På denne måde, lægemidlet får kun virkning på de punkter, hvor lyset, der stimulerer azobensen, bestråles, dermed undgås de bivirkninger, der er forbundet med lægemidlets virkning på andre områder, hvor azobensen er til stede.

Indtil for nylig, teknikker baseret på fotoswitchbare molekyler brugte kontinuerlige bølgelasere af violet eller blåt lys (stimulering af en foton) til at aktivere disse forbindelser, en metode, der ikke tillader fokalisering af stimulus. "Vi ville have molekylet aktiveret på et bestemt tidspunkt, ikke langs hele den lysstråle, som vi bestråler. Vi så, at to-foton-overgange ved hjælp af pulserende infrarødt lys kunne opnå dette, men effektiviteten var meget lav, og ansøgningerne var begrænsede. De molekyler, vi har udviklet, opnår nu denne effekt med 100 procent effektivitet. Det er en meget robust og præcis teknologi til at manipulere neuronal aktivitet, "sagde Jordi Hernando og Ramon Alibés, forskere fra Institut for Kemi ved UAB, der har overvåget en del af dette arbejde sammen med Josep Mª Lluch og Félix Busqué.

Forskere har bevist teknikkens effektivitet på mus neuroner og i en dyremodel til undersøgelse af neuronale kredsløb, ormen Caenorhabditis elegans. "På trods af at cellerne i et neuronalt væv er meget tæt på hinanden, Det er lykkedes os at vælge dem, hvor vi ønskede at aktivere det fotoswitchbare molekyle. "

Stimulering via to-fotonabsorption, forudsagt af Maria Göppert-Mayer og demonstreret ved hjælp af pulserende lasere udviklet af vinderne af Nobelprisen i fysik i 2018, Donna Strickland og Gérard Mourou, har repræsenteret en revolution for visualisering og manipulation af neuronal aktivitet.

Resultaterne af denne udvikling åbner døren for nye forskningsområder inden for det molekylære område. Med den beskrevne teknik, forskere vil have hidtil uset spatiotemporal kontrol over ethvert fotoswitchbart molekyle, de ønsker at undersøge.