Gun Kim et Abigail Halmes travaillent sur un équipement qui émet une onde ultrasonore induisant une réaction qui produit de la lumière dans des molécules synthétiques. Crédit :Fred Zwicky
Une conversation fortuite entre deux scientifiques de l'Université de l'Illinois a ouvert une nouvelle ligne de communication entre les chercheurs biomédicaux et les tissus qu'ils étudient. Les nouvelles découvertes, signalé dans le Actes de l'Académie nationale des sciences , montrent que les ondes ultrasonores focalisées de haute intensité peuvent pénétrer dans les tissus biologiques pour activer des molécules capables d'effectuer des tâches spécifiques.
La recherche, menée in vitro et chez la souris, relève les défis de l'accès non invasif aux tissus profonds à des fins thérapeutiques sans causer de dommages permanents. L'étude démontre avec succès la capacité de déclencher des réactions chimiques à la demande, de manière très ciblée en utilisant une technologie déjà homologuée pour un usage médical.
« Au sens le plus large, nous essayons de développer des systèmes télécommandés pouvant éventuellement être utilisés dans des applications biomédicales, " dit le roi Li, le doyen du Carle Illinois College of Medicine, chercheur au Beckman Institute for Advanced Science and Technology de l'Illinois et co-auteur de l'étude.
"J'ai appris que King était intéressé à trouver un moyen d'activer à distance des gènes à l'aide de la lumière, un domaine appelé optogénétique, " a déclaré Jeffrey Moore, le directeur de l'Institut Beckman, un professeur de chimie et un co-auteur de l'étude. "C'était une excellente occasion de lui parler de mes recherches en chimie et mécanique des polymères synthétiques."
Moore étudie des molécules synthétiques appelées mécanophores qui réagissent à la force en changeant de couleur ou en générant de la lumière, ce qui, selon lui, pourrait exploiter la force mécanique d'une onde ultrasonore et déclencher une réaction chimique émettant de la lumière. Le concept est exactement ce que Li recherchait.
La lumière ne peut pas traverser un matériau opaque, mais les ondes ultrasonores - qui ont un dossier de sécurité bien documenté - peuvent, les chercheurs ont dit.
Jeffrey Moore, la gauche, le roi Li, le chercheur postdoctoral Gun Kim et l'étudiante diplômée Abigail Halmes ont collaboré pour développer une molécule synthétique activée par ultrasons qui peut émettre de la lumière profondément à l'intérieur des tissus biologiques pour une variété d'utilisations et de thérapies médicales. Crédit :Fred Zwicky
"La lumière a une plage de pénétration limitée dans les matériaux opaques, y compris les tissus vivants, " a déclaré Li. " La capacité d'utiliser des ultrasons pour pénétrer des matériaux opaques et ensuite déclencher des mécanophores pour produire de la lumière profondément à l'intérieur de ces matériaux ouvrira de nombreuses possibilités d'applications telles que l'activation de gènes. "
Bien que les chercheurs aient réussi à démontrer la génération à distance de lumière dans les tissus biologiques sans causer de dommages, l'intensité de cette lumière n'est toujours pas suffisante pour les applications optogénétiques.
"Nous nous rapprochons, " a déclaré Moore. " Lorsque nous avons terminé l'étude, nous étions à environ un facteur 10 de l'intensité lumineuse nécessaire pour activer les gènes, mais maintenant nous sommes plus proches d'un facteur deux."
L'équipe interdisciplinaire des co-auteurs de l'étude, qui comprend le professeur de génie électrique et informatique Michael Oelze et les chercheurs de l'Institut Beckman Gun Kim, Vivian Lau et Abigail Halmes, continue d'affiner la technique et de rechercher d'autres applications biomédicales.
"Cette combinaison d'ultrasons focalisés de haute intensité et de mécanophores peut être utilisée pour de nombreuses applications, et la production de lumière n'est que le début, " a déclaré Li. "Nous explorons déjà activement d'autres applications."
