Balizko molekula fotoaktibo multifuntzionala

Edurne Avellanal, Ainhoa Oliden-Sánchez, Rebeca Sola-Llano, Leire Gartzia-Rivero, Jorge Bañuelos

Maila molekularren gertatzen dena agerian jartzea ezinbestekoa da hainbat gaixotasunen zergatia eta mekanismo ulertzeko, eta bide batez, haien kontra sendagai aproposa bilatzeko. Diagnosia hau egiteko argia igortzeko gai diren molekula organikoak hautaketa aproposa da.

Izan ere, fluoreszentzia baliabide sentikorra eta eraginkorra da seinale analitiko gisa gorputzean gertatzen diren prozesu biokimikoak jarraitzeko, biomolekulak detektatzeko edota zelulak bistaratzeko. Hori dela eta, fotoaktiboak diren kromoforoak markatzaile, sentsore edo zunda fluoreszente gisa erabiltzen ohi dira mikroskopia fluoreszenteari esker (bioirudigintza). Are gehiago, fluoreszenteak ez diren kromoforoak, ere erabilgarriak dira fotosentikortzaile bezala oxigeno singletea sortzeko gai baldin badira.

Azken boladan, terapia fotodinamikoa ageri da alternatiba bezala minbiziaren aurkako tratamenduan, non fotosentikortzailea irradiatzean, honek oxigeno singletea ekoizten baitu. Oxigeno espezie hau zitotoxikoa da eta zelula kantzerigenoak suntsitzen ditu.

Molekula fotoaktibo baten bideragarritasuna

Biofotonika sustatzeko, arreta handia jarri da sistema fotoaktiboen garapenean. Orain arte, diagnosirako eta terapiarako koloratzaile desberdinak erabili dira, fluoroforoen eta fotosentikortzaileen ezaugarriak guztiz kontrakoak direlako ikuspuntu fotofisikotik. Are gehiago, fluorofoen barnean, markatzaileak, sentsoreak edo zundak garatzerakoan askotan koloratzaile-familia ezberdinak erabiltzen dira. Beraz oso komenigarria izango litzateke kromoforo finko bat edukitzea abiapuntu bezala hortik fluoroforoak edo fotosentikortzaileak diseinatzeko.

Kromoforo moderno edo argien bilaketan BODIPY izeneko kromoforo-familia agertu da oinarrizko molekula-egituratzat diagnosian zein terapian aplikatu ahal izateko beharrezkoak diren eraldaketa kimikoak egin ostean. Hau posiblea da bere nukleo kromoforikoa erraz eraldatu daiteke eta talde funtzional ezberdin asko txertatu daitezke egituraren gainean, ikuspuntu sintetikotik, eta bide batez ezaugarri fotofisikoak guztiz modula daitezke.

BODIPYaren bideragarritasun fluoroforoak, zein fotosentikortzaileak garatzeko, diagnosirako eta terapiarako adibide adierazgarriak bezala aipa daitezke. Honetarako gakoa diseinu molekularra eta aplikazio biofotoniko bakoitzaren eskakizun fotofisikoak ulertzea da. Diagnosirako fluoroforoen artean karbohidratoak, tioldun aminoazidoak eta mitokondriak izan dira aztergai:

• Markatzaile fluoreszenteak (glikoprobak) lortzeko BODIPYa sakaridoekin kobalenteki lotu ziren. Modu honetan, horren ibilbidea gorputzean zehar jarrai daiteke denbora errealean bere seinale fluoreszente argitsua eta egonkorraren bidez.
• Zisteina bezalako tioldun aminoazidoak detektatzeko BODIPYa ester asegabetuekin hornitu zen. Sentsorearen esterra aminoazidoaren tiolarekin elkartzen igorritako argiaren kolorea nabarmenki aldatzen da honen detekzio erraza eta sentikorra ahalbidetzea.
• Mitokondriak tindatzeko eta agerian jartzeko aldehidoa daraman BODIPYa erabili zen, azken honen elkarketa mitokondriekin ahalbidetzeko eta mitokondriak argitzeko bioirudigintzan.

Bestalde, terapiarako fotosentikortzaileak lortzeko bi BODIPY berdinak kobalenteki elkartu ziren. Oztopo esterikoak eragindako hain arteko antolakuntza perpendikularra oxigeno singletearen eraketa, minbiziaren aurkako aktibitate terapeutikoa pizteko gakoa dena, ahalbidetzen du argia dela medio.

Nahiz eta BODIPYaren jarrera biofotonikoa eraginkorra izan eta etorkizuneko ikuspegiak itxaropentsuak izan, oraindik erronka ugari gainditu behar dira sistema fotoaktibo horien potentziala guztiz profitatzeko. Fluoroforoen zein fotosentikortzaileen jarrera diagnosian eta terapian hobetzeko, hurrenez hurren, emisioa eremu gorrira (leiho biologikoa, 650 nm-ko gorako uhin luzera) eraman behar da, argi mota hau sakonago barneratzen delako ehunetan, eta talde bereziak erantsi behar dira kromoforon selektiboki elkartzeko aztergai organuluarekin edo minbiziarekin.

Normalean oxigeno singletea sortzeko ahalmena handia bada, seinale fluoreszentearen eraginkortasuna baxua da, eta aldrebes. Baina kontrajartzen diren bi prozesu hauen arteko lehia orekatzen badira, behar den oxigeno singletearen kantitate sortuz minbizi zelula hiltzeko, baina fluoreszentzia nahikoa mantenduz, minbizia detektatu eta tratatu daiteke (teragnosia) molekula bakar batekin. Beraz, funtzionalitate hauek guztiak txertatzeko BODIPY bakar batean eta haien arteko eraginik gabe, saiakera sintetiko eta fotofisikoak ugar egiten ari dira. Azken finean gakoa da argiak zuzendutako zunda fluoreszentea azkarra lortzea, hau da funtzio desberdinak egin dezake molekula bakar batek.

Artikuluaren fitxa:

• Aldizkaria: Ekaia
• Zenbakia: Ekaia 41
• Artikuluaren izena: Balizko molekula fotoaktibo multifuntzionala biomedikuntzarako.
• Laburpena: Argia igortzeko gai diren molekula organikoek arreta handia jaso dute azkenaldian biomedikuntzaren esparruan, batez ere diagnosian erabiltzeko helburuarekin. Izan ere, fluoreszentzia, baliabide ezin hobea da gorputzean gertatzen diren hainbat prozesu biokimiko monitorizatzeko eta biomolekulak sentikortasun handiz detektatzeko. Hori dela eta, fotoaktiboak diren kromoforoak markatzaile, zunda edo sentsore fluoreszente gisa erabiltzen dira mikroskopia fluoreszenteari esker; hots, prozesu biokimikoak jarraitzeko, organuluak ikusteko edota biomolekulak detektatzeko. Fluoreszentziarik ez duten kromoforoak, ordea, oxigeno singletea sortzeko gaitasuna ere izan dezakete eta fotosentikortzaile izaerarekin erabil daitezke terapia fotodinamikoan, minbiziaren aurkako tratamenduan. Argi dago, biofotonikako arlo baterako zein besterako eskakizun fotofisikoak guztiz bestelakoak direla eta kromoforo ezberdinak diseinatzea ezinbestekoa dela. Horregatik, lan honetan, BODIPY izeneko kromoforo-familia oinarrizko molekula-egituratzat hartzen da, diagnosian zein terapian aplikatu ahal izateko. Kromoforo mota horren abantaila nagusia da bere egitura eta propietateak erraz molda daitezkeela. Horrela, egituraren gainean ordezkapen sinple batzuk eginda hainbat eskakizun modu errazean ase daitezke. Hortaz, gure helburu nagusia da BODIPYan oinarritutako fluoroforoak zein fotosentikortzaileak garatzea eta diseinu molekularraren garrantzia azpimarratzea.
• Argitaletxea: UPV/EHUko argitalpen zerbitzua
• ISSN: 0214-9001
• eISSN: 2444-3255
• Orrialdeak: 207-224
• DOI: doi.org/10.1387/ekaia.22722

Egileez:

Edurne Avellanal-Zaballa, Ainhoa Oliden-Sánchez, Rebeca Sola-Llano, Leire Gartzia-Rivero eta Jorge Bañuelos EHU/UPVko Zientzia eta Teknologia Fakultateko Kimika Fisikoa Saileko ikertzaileak dira.

Ekaia aldizkariarekin lankidetzan egindako atala.