Stel je voor dat je een baken aan een medicijnmolecuul bevestigt en zijn reis door onze kronkelende ingewanden volgt, precies volgen waar en hoe het interageert met de chemicaliën in ons lichaam om ziekten te helpen behandelen.

Duke-wetenschappers zijn misschien dichterbij om precies dat te doen. Ze hebben een chemisch label ontwikkeld dat aan moleculen kan worden bevestigd om ze te laten oplichten onder magnetische resonantiebeeldvorming (MRI).

Deze tag of "gloeilamp" verandert van frequentie wanneer het molecuul interageert met een ander molecuul, mogelijk waardoor onderzoekers zowel het molecuul in het lichaam kunnen lokaliseren als zien hoe het wordt gemetaboliseerd.

"MRI-methoden zijn erg gevoelig voor kleine veranderingen in de chemische structuur, dus je kunt deze tags daadwerkelijk gebruiken om chemische transformaties direct in beeld te brengen, " zei Thomas Theis, een assistent-onderzoeksprofessor op de scheikundeafdeling van Duke.

Chemische tags die oplichten onder MRI zijn niet nieuw. in 2016, het Duke-team van het laboratorium van Warren S. Warren en het laboratorium van Qiu Wang creëerden moleculaire gloeilampen voor MRI die helderder en langer branden dan eerder ontdekt.

In een studie gepubliceerd op 9 maart in wetenschappelijke vooruitgang , de onderzoekers rapporteren een nieuwe methode om tags aan moleculen te bevestigen, waardoor ze moleculen indirect kunnen labelen aan een breder scala aan moleculen dan voorheen.

"De tags zijn als gloeilampen bedekt met klittenband, " zei Junu Bae, een afgestudeerde student in het lab van Qiu Wang in Duke. "We bevestigen de andere kant van het klittenband aan het doelmolecuul, en als ze elkaar eenmaal vinden, blijven ze plakken."

Deze reactie is wat onderzoekers bioorthogonaal noemen, wat betekent dat de tag alleen aan het moleculaire doelwit zal blijven plakken en niet zal reageren met andere moleculen.

En de reactie is ontworpen met een ander belangrijk kenmerk in gedachten:het genereert een zeldzame vorm van stikstofgas dat ook oplicht onder MRI.

"Je zou veel potentiële toepassingen voor het stikstofgas kunnen bedenken, maar een waar we aan hebben gedacht, is longbeeldvorming, ' zei Theis.

Momenteel is de beste manier om de longen in beeld te brengen met xenongas, maar deze methode heeft het nadeel dat patiënten in slaap worden gebracht. "Stikstofgas zou volkomen veilig zijn om in te ademen, omdat je het sowieso in de lucht inademt, ' zei Theis.

Andere toepassingen kunnen zijn kijken hoe lucht door poreuze materialen stroomt of het stikstofbindingsproces in planten bestuderen.

Een nadeel van de nieuwe tags is dat ze niet zo lang of zo helder schijnen als andere moleculaire MRI-lampen, zei Zijian Zhou, een afgestudeerde student in Warren's lab in Duke.

Het team sleutelt aan de formule voor polariserende, of oplichten, de molecuul-tags om hun levensduur en schittering te vergroten, en om ze meer compatibel te maken met de chemische omstandigheden in het menselijk lichaam.

"We ontwikkelen nu nieuwe technieken en nieuwe procedures die nuttig kunnen zijn om de polarisatieniveaus nog hoger te krijgen, zodat we een nog beter signaal kunnen hebben voor deze toepassingen, ' zei Zhou.