Succesvolle medicijnontwikkeling heeft een significante impact op de kwaliteit van leven van mensen wereldwijd. In staat zijn om te volgen hoe moleculen in doelcellen komen, en observeren wat ze doen als ze binnen zijn, is de sleutel tot het identificeren van de beste kandidaten. Analysetechnieken vormen daarom een ​​belangrijk onderdeel van het medicijnontdekkingsproces. Onderzoekers van de Universiteit van Osaka, in samenwerking met RIKEN, hebben een op Raman-microscopie gebaseerde benadering gerapporteerd voor het visualiseren van medicijnen met kleine moleculen die gouden nanodeeltjes gebruiken. De bevindingen van het team zijn gepubliceerd in ACS Nano .

Kleine medicijnmoleculen worden vaak opgespoord door ze te bevestigen aan fluorescerende sondes die zichtbaar zijn wanneer ze worden bestraald met licht. Microscopie kan vervolgens worden gebruikt om deze moleculen in realtime in cellen te zien. Echter, fluorescerende moleculen kunnen omvangrijk zijn, die de manier waarop de kleine moleculen zich gedragen kunnen beïnvloeden. Aanvullend, sommige fluorescerende moleculen verliezen hun fluorescentie als ze worden blootgesteld aan te veel licht, waardoor het moeilijk is om ze in de loop van lange studies te zien.

Een alternatief voor fluorescerende labels is een veel kleiner label dat bekend staat als een alkyn, die is samengesteld uit drievoudige koolstof-koolstofbindingen. De bijzondere rangschikking van atomen in alkynen komt van nature niet in cellen voor; daarom, ze bieden een zeer specifieke marker. Verder, hun kleine formaat betekent dat alkynen een minimaal effect hebben op het gedrag van kleine moleculen. In plaats van fluorescentie uit te zenden onder laserlicht, alkynen produceren wat bekend staat als een Raman-signaal, die duidelijk kan worden geïdentificeerd tussen de signalen van het celmateriaal.

Echter, zoeken naar het Raman-signaal van alkyngroepen is lastig als er niet veel van in de buurt zijn vanwege de lage efficiëntie van Raman-verstrooiing. De onderzoekers hebben daarom alkyn-tagging gecombineerd met het gebruik van gouden nanodeeltjes. Surface-enhanced Raman scattering (SERS) microscopie kan gouden nanodeeltjes stimuleren om verbeterde elektrische velden te produceren die het Raman-signaal van de alkyngroepen versterken, waardoor ze gemakkelijker te detecteren zijn.

"Onze aanpak is een combinatie van technieken die zijn gebruikt voor het volgen van kleine moleculen in levende cellen, " hoofdauteur van de studie Kota Koike legt uit. "Gouden nanodeeltjes zijn bijzonder nuttige boodschappers voor het melden van de aanwezigheid van alkyngroepen omdat ze het alkynsignaal versterken, evenals het verschaffen van een oppervlak waarmee de alkynen graag interageren. De twee componenten komen daarom op natuurlijke wijze samen om het verbeterde signaal te genereren."

Gouden nanodeeltjes worden gemakkelijk opgenomen door tal van verschillende soorten cellen, waardoor de techniek breed toepasbaar is. De nanodeeltjes komen de lysosoomcompartimenten binnen in de cel en versterken vervolgens het signaal van de alkyn-gelabelde moleculen die vervolgens in de lysosomen aankomen en ermee interageren.

"Onze SERS-techniek heeft het potentieel om te worden gebruikt met een verscheidenheid aan verschillende celtypen, evenals een vrijwel onbeperkt aantal kandidaat-geneesmiddelen, " studie corresponderende auteur Katsumasa Fujita legt uit. "Dit is vooral opwindend voor het ontdekken van geneesmiddelen, waarbij elk middel om de dynamiek van geneesmiddelen in realtime beter te begrijpen, uiterst waardevol is voor de ontwikkeling."