Новый краситель улучшает визуализацию глубоких тканей, что упрощает диагностику и лечение рака.

Вдохновившись красителем из семейства желчных пигментов, исследователи создали уникальную кольцевую структуру, способную связывать родий и иридий. Исследования и моделирование продемонстрировали сильное поглощение второго ближнего ИК-излучения и выдающуюся фотостабильность. Вторые волны ближнего ИК-диапазона легко проникают в человеческие ткани; новый краситель может быть использован в терапии и визуализации глубоких тканей.

Вторая ближняя ИК-область электромагнитного спектра (1000-1700 нанометров) представляет собой потенциально важный диапазон длин волн для медицины. В этом диапазоне свет менее подвержен рассеянию и поглощению биологическими тканями. Эта прозрачность идеально подходит для доставки энергии в более глубокие участки тела, как для визуализации, так и для лечения. Ярким примером такой терапии является фотоакустическая визуализация в диагностике и лечении рака. Когда свет попадает на контрастное вещество, введенное в организм, оно излучает тепло, создавая крошечные ультразвуковые импульсы, которые могут быть использованы для визуализации или для разрушения раковых клеток.

Эффективность данного подхода зависит от наличия стабильных контрастных веществ, способных эффективно поглощать свет в этих диапазонах длин волн. Однако большинство контрастных агентов более чувствительны в первом ближнем ИК-диапазоне (700-1000 нанометров), где рассеяние света более выражено, а доставка энергии менее эффективна.

Теперь группа исследователей под руководством доцента Масатоши Ичида из Токийского столичного университета разработала новое химическое соединение, которое устраняет эту «ахиллесову пяту». Используя краситель из семейства желчных пигментов, известный как билатриен, они применили метод, называемый химией N-конфузии, для модификации кольцевой структуры билатриена, позволяя ему связываться с ионами металлов. В своей последней работе они успешно присоединили ионы родия и индия к кольцу через атомы азота.

Новый краситель продемонстрировал наибольшее поглощение света при длине волны 1600 нанометров в обычных условиях, что соответствует второй ближней ИК-области. Он также проявил высокую фотостабильность, не разрушаясь под воздействием света. Подробные измерения реакции молекулы на магнитные поля и численные расчеты с использованием теории функционала плотности (ТФП) показали, что уникальное распределение электронов в облаке, охватывающем всю сложную структуру металлосвязывающей молекулы (также известной как пи-радикалоид), приводит к поглощению, которое невозможно достичь в существующих аналогичных соединениях.

Поскольку второй ближний ИК-диапазон менее поглощается тканями, участки, сенсибилизированные красителем, будут лучше воспринимать свет, что позволит получать более четкие изображения и более эффективно доставлять тепло для лечения. Команда надеется, что их молекула откроет новые возможности для медицины глубоких тканей, а также для более широких приложений в химическом катализе.