Nowe barwniki do celów absorbcji dwufotonowej w zastosowaniach biomedycznych
Absorpcja dwufotonowa wykorzystywana jest w biologii komórkowej do różnych celów, włączając w to bioobrazowanie mikroskopowe, leki aktywowane światłem, fotochemioterapię oraz trójwymiarową mikrofabrykację urządzeń biomedycznych. Oprócz specjalnie opracowanych barwników wrażliwych na wzbudzenie dwufotonowe absorpcja dwufotonowa wymaga zastosowania zoptymalizowanych źródeł i przyrządów optycznych. Aby ułatwić spełnienie tych warunków, finansowany z funduszy unijnych projekt TOPBIO połączył ze sobą szereg różnych dyscyplin, takich jak chemia syntetyczna, biologia komórkowa, nanotechnologia i technologia laserowa. Przyciągnął on ekspertów zarówno ze środowiska akademickiego, jak i sektora przemysłowego, a także pozwolił na przeszkolenie młodych naukowców. Zadaniem, którego podjęli się badacze, było fundamentalne zrozumienie kryteriów projektowania molekularnego optymalizujących proces absorpcji dwufotonowej. W tym celu wykorzystano metody obliczeniowe umożliwiające badanie oraz modelowanie reakcji złożonych cząsteczek z uwzględnieniem ich środowiska. W kontekście zastosowań biomedycznych stanowi to kluczową kwestię, biorąc pod uwagę wrażliwość absorpcji dwufotonowej na wpływ otoczenia. Zespół opracował nowatorskie techniki praktyczne oraz precyzyjnie opisał widma absorpcji dwufotonowej. Osiągnięcia te okazały się cennym wsparciem w procesie projektowania nowej generacji barwników do celów absorbcji dwufotonowej, zoptymalizowanych zarówno pod kątem zastosowań opartych na zjawisku fluorescencji, jak i tych, które go nie wykorzystują. Barwniki fluorescencyjne, które emitują promieniowanie w biologicznym oknie widmowym, mogą znaleźć zastosowanie w obrazowaniu in vitro oraz in vivo w wysokiej rozdzielczości, usprawniając diagnostykę chorób. Co więcej, naukowcy przyjrzeli się możliwościom dwufotonowej mikrofabrykacji implantów medycznych lub rusztowań do celów inżynierii tkankowej, badając polimeryzację materiałów biodegradowalnych i testując ich przydatność w utrzymywaniu struktury komórek. Dołożono szczególnych starań, aby wyjaśnić wzbudzany dwufotonowo mechanizm obumierania komórek, który może pomóc opracować skuteczniejsze leki stosowane w fotochemioterapii nowotworów. Podsumowując, prace prowadzone w ramach inicjatywy TOPBIO poświęcone były ważnym wyzwaniom, jakim musi stawić czoła biomedycyna w kontekście diagnostyki chorób. Oczekuje się, że przygotowane przez zespół projektu TOPBIO barwniki pełniące funkcję sond o większej wrażliwości i fotostabilności nie tylko udoskonalą istniejące procesy diagnostyczne, lecz także pomogą osiągnąć postępy w prowadzonych w przyszłości badaniach.
Słowa kluczowe
Barwnik, absorpcja dwufotonowa, mikrofabrykacja, fluorescencja, obrazowanie komórkowe, TOPBIO, rusztowanie
