QUT-onderzoekers hebben een nieuwe moleculaire koppelingstool gemaakt die gebruikmaakt van zowel groen licht als pH-triggers die potentieel hebben voor gebruik in toepassingen zoals medicijnafgifte en 3D-celcultuurplatforms.

Hun onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

Het onderzoek werd uitgevoerd door hoofdauteur en QUT Ph.D. scheikundig onderzoeker Kubra Kalayci, Australian Research Council (ARC) DECRA Fellow Dr. Hendrik Frisch, Onderzoeksgenoot Dr. Vinh Truong, en ARC Laureaat Fellow Professor Christopher Barner-Kowollik van QUT's Soft Matter Materials Laboratory in het Science and Engineering Faculty Center for Materials Science.

Professor Barner-Kowollik zei dat wetenschappers voortdurend probeerden om verder weg te gaan van het gebruik van hard UV-licht om chemische reacties te activeren.

"Onze fotochemische innovatie is een ander voorbeeld van wat roodverschuiving wordt genoemd - bewegen door de kleuren van licht in het spectrum, van blauw naar groen naar rood, naar licht met langere golflengten, " hij zei.

"Vroeger, de meeste van dit soort fotochemische reacties werden veroorzaakt door hard UV (ultraviolet) licht. Maar dat verhindert toepassingen in een biologische context omdat UV-licht zoveel energie heeft dat het cellen doodt. Tandheelkunde is een voorbeeld van een van de gebieden die is verschoven. Aanvankelijk gebruikten tandartsen UV-lampen. Nu weet iedereen die een vulling heeft gehad waarschijnlijk dat de tandarts een lampje gebruikt met blauw licht met een langere golflengte om uit te harden. Hoe langer de golflengte van het licht, hoe beter, in principe. De straling is minder schadelijk, zodat het kan worden gebruikt voor biologische toepassingen, en het zorgt voor diepere lichtpenetratie. Voor tandheelkunde, dat betekent een betere en meer uniforme uitharding. Maar het is ook moeilijker om te doen, want hoe langer de golflengte van het licht, hoe minder energie je nodig hebt om de chemische reactie aan te sturen. Een extra stimulans toevoegen met het groene licht, zoals we hebben met het variëren van de pH als een omkeerbare aan-uitschakelaar voor de reactie, biedt de mogelijkheid voor betere regelgeving. Dit is vooral belangrijk voor medicijnafgiftesystemen, waar het medicijn moet worden vrijgegeven onder een specifieke pH, aangezien de pH door het hele menselijk lichaam varieert. Dit is ook een katalysatorvrije reactie. Het betekent dat er geen hulpmolecuul is om het te laten gebeuren. Dat is ook belangrijk voor biologische toepassing omdat in veel gevallen hulpmoleculen metaal bevatten, en je wilt niet dat er iets uit kan lekken, of iets dat cytotoxisch of kankerverwekkend blijkt te zijn."

Om de geschiktheid van de nieuwe groen-licht-pH-koppelingstool voor biomaterialen-engineering te onderzoeken, Mevrouw Kalayci zei dat het onderzoeksteam hydrogels met verschillende eigenschappen heeft gemaakt.

"Hieruit bleek dat groen licht hogere penetratiedieptes mogelijk maakte, resulterend in de fabricage van dikkere hydrogels, " ze zei.

Dr. Truong zei dat cellen gekweekt in de hydrogels "aantoonden dat het proces voor het maken van de gels niet-toxisch was, en de cellen bleven ook enkele dagen levensvatbaar."

Het team is van mening dat de nieuwe koppelingstool een reeks andere potentiële toepassingen heeft.

"Bijvoorbeeld, in het kader van gepersonaliseerde geneeskunde, Dr. Truong en Dr. Frisch zeiden. "Misschien wil je onze reactie gebruiken om een ​​kankermedicijn aan een specifiek deel van een molecuul te hechten om het medicijn af te leveren op een manier die geschikt is voor een bepaalde patiënt."

Professor Barner-Kowollik zei dat het ook een nieuwe stap was in de richting van 'moleculaire chirurgie'.

"Wat scheikundigen hopen te doen, is in staat zijn om te 'werken' op een deel van een molecuul zonder iets anders te beïnvloeden, " hij zei.

"Dus, bijvoorbeeld, als je een eiwit had, een groot complex molecuul, we zouden licht willen kunnen gebruiken als een chemisch scalpel en heel subtiel naar binnen gaan en een deel van dat molecuul veranderen zonder enig ander deel te beïnvloeden. Dat levert veel potentiële toepassingen op."

Toepassingen kunnen zijn, Dr. Truong zei:"kijkend naar de selectieve verknoping van DNA om het onderliggende mechanisme van kanker te bestuderen, zoeken naar mogelijkheden voor gerichte behandeling, of het creëren van dynamische hydrogel-steigers om celinteracties voor weefselregeneratietherapie te bestuderen.

"Met behulp van licht, we bieden chemische hulpmiddelen om deze doelen te bereiken."