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Un químico desarrolla una nueva sonda recubierta de azúcar para detectar fácilmente un pH bajo en células vivas


El cuerpo humano se encuentra en una cuerda floja constante para mantener el pH correcto, porque cuando el equilibrio ácido-alcalino de nuestras células falla, puede fallar en gran medida.

El pH anormal, en particular, el pH ácido anormalmente bajo, es un marcador de enfermedades que van desde la fibrosis quística, los accidentes cerebrovasculares y la artritis reumatoide hasta el cáncer y la enfermedad de Alzheimer. Ahora, el químico de la Universidad Tecnológica de Michigan, Haiying Liu, ha desarrollado nuevas herramientas que podrían hacer que sea mucho más fácil detectar un pH bajo en las células vivas. El descubrimiento es el foco de un nuevo estudio financiado por el Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales de los Institutos Nacionales de Salud y publicado en Sensores ACS.

Para medir el pH, los investigadores y el personal médico utilizan tintes fluorescentes, llamados sondas, que brillan en condiciones ácidas cuando se activan con luz fluorescente. Las sondas se utilizan para imágenes de diagnóstico, para visualizar los vasos sanguíneos y el tracto digestivo, por ejemplo, y pueden ayudar a los cirujanos a extirpar el tejido enfermo, incluidos los tumores. Sin embargo, estas sondas no son perfectas. Los problemas se derivan de la luz de alta energía que necesitan para emitir fluorescencia. La luz en estas longitudes de onda no solo enciende la sonda; también puede hacer que las estructuras biológicas brillen como barras luminosas. Esta autoluminiscencia dificulta distinguir la diferencia entre la sonda y los tejidos circundantes. La luz de alta energía puede incluso dañar las células y hacer que el brillo inicial de la sonda se desvanezca en la oscuridad, un proceso llamado fotoblanqueo. Para solucionar estos problemas, necesitaría una sonda que funcione con luz infrarroja cercana de baja energía. Así que el profesor de química Liu y su equipo desarrollaron dos de ellos. Estas sondas tienen mucho a su favor. No están sujetos a fotoblanqueo y autoluminiscencia. Además, dado que la luz infrarroja cercana puede penetrar profundamente en los tejidos, podrían brindar a los científicos y médicos una mejor visión del interior del cuerpo.

La química de las dos sondas se inspiró en la rodamina, que se ha utilizado en aplicaciones biotecnológicas durante décadas. «Pero el problema con la rodamina es que puede dañar las células», dijo Liu. «Necesitábamos una sonda que fuera compatible con los tejidos vivos». Entonces, el equipo de Liu endulzó sus sondas de próxima generación con un azúcar simple que se encuentra en muchas frutas: manosa. «Introdujimos el azúcar para que las sondas fueran solubles en agua y menos tóxicas», dijo Liu. «Eso lo ayuda a penetrar las membranas celulares y lo hace mucho más amigable». El equipo de Liu diseñó sus sondas para emitir luz de dos maneras diferentes. En primer lugar, emiten fluorescencia de forma convencional cuando se exponen a la luz del infrarrojo cercano. Además, brillan en el espectro infrarrojo cercano a energías aún más bajas, gracias a un tipo diferente de respuesta química llamada luminiscencia de conversión ascendente de frecuencia de fotón único (FUCL).

Las pruebas con ambos tipos de luz han sido prometedoras y han demostrado que ambas sondas son muy sensibles al pH y muy suaves con las células vivas, incluso a altas concentraciones. Aunque las sondas son químicamente similares, una es ligeramente más sensible al pH en cultivos celulares.

A continuación, Liu estudiará qué tan bien detectan el pH bajo en ratones, con la esperanza de que las sondas puedan ayudar al avance de la ciencia médica e incluso salvar vidas.

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