Звездообразные флуоресцентные красители с глюкозаминовыми кольцами стали мощными зондами для 3D-визуализации раковых клеток

Раннее выявление заболеваний мягких тканей, таких как рак молочной железы, обычно требует инвазивных биопсий. Новая самоорганизующаяся наночастица, разработанная Бин Лю из Института исследования и разработки материалов A*STAR и её коллегами, может вскоре сделать биопсии устаревшими. Их материал значительно повышает безопасность двухфотонной микроскопии (TPM) — метода, использующего флуоресцентные зонды для получения трёхмерных изображений структур раковых клеток в живой ткани.

Хотя TPM обеспечивает глубокий доступ к тканям без значительного фотоповреждения, поиск подходящих веществ для светоизлучающих зондов является сложной задачей. «Квантовые точки» из наноразмерных агрегатов элементов, таких как кадмий и селен, отлично подсвечивают структуры клеток благодаря яркой и стабильной флуоресценции. Однако их внутренняя токсичность ограничивает многие возможные биологические применения.

Поэтому Лю и её команда обратились к конъюгированным органическим молекулам для создания менее токсичных красителей для TPM. Хотя такие малые органические молекулы обычно не способны поглощать достаточное количество лазерного света для инициации флуоресцентной визуализации, команда решила эту проблему, синтезировав звездообразный материал — дендример. Состоящий из центрального ядра трифениламина и трёх «рук», сделанных из протяжённых конъюгированных цепей, эта уникальная геометрия может индуцировать гораздо большие сечения поглощения, позволяя лучше поглощать два фотона, чем изолированные флуоресцентные красители.

Чтобы обеспечить биосовместимость звездообразного дендримера с тканью клеток, исследователям пришлось применить химическую уловку. Вдохновлённые универсальным связывающим поведением природного полисахарида хитозана, команда использовала мягкую бромид-тиоловую реакцию, чтобы присоединить несколько колец сахара глюкозамина к рукам дендримера. По словам Лю, этот процесс снизил цитотоксичность красителя и позволил функционализировать его лигандами фолиевой кислоты, которые нацелены на поверхности клеточной линии рака молочной железы MCF-7.

Эксперименты команды показали, что дендритный краситель самоорганизуется в диспергированные наночастицы при погружении в воду — форма, которая увеличивает сечения двухфотонного поглощения и обеспечивает высокий выход лазерно-индуцированной флуоресценции. Когда эти наночастицы инкубировали в клетках MCF-7, последующая TPM-визуализация выявила яркую флуоресценцию, локализованную внутри цитоплазмы раковых клеток. Эти данные указывают на специфическое связывание между дендритным красителем и фолатными рецепторами на поверхности MCF-7.

Жизнеспособность клеток, близкая к 100% при концентрациях красителя, используемых в исследованиях визуализации, подтверждает, что эта стратегия является безопасным и перспективным способом расширения использования TPM-визуализации. «Мы стремимся расширить текущую визуализацию in vitro до применения in vivo», — отмечает Лю.