Dans une percée qui pourrait améliorer considérablement les techniques d'imagerie médicale utilisées pour détecter le cancer et surveiller les traitements, les chercheurs SMU ont résolu un puzzle de plusieurs décennies sur les raisons pour lesquelles certaines molécules productrices de lumière brillent plus lumineuses dans des solutions plus épaisses.
L'étude, publiée dans Chimie organique et biomoléculairese concentre sur les molécules chimiluminescentes, en particulier un type nommé 1,2-dioxétane. Cette molécule a la structure spécifique d'un petit anneau composé de deux atomes d'oxygène et de deux atomes de carbone. Lorsque cet anneau se divise en deux pièces, la réaction chimique libère de l'énergie sous forme de lumière au lieu de la chaleur.
« La chimiluminescence est en fait quelque chose que les gens connaissent », a déclaré SMU Chemist et Alex Lippert. « Pensez aux bâtons de lueur ou aux lucioles, c'est une chimioluminescence. Bien que les 1,2-dioxétanes existent depuis un certain temps, personne ne comprenait vraiment pourquoi ils brillent plus brillants et plus efficacement que les autres molécules chimiluminescentes. Notre travail a élucidé les parties clés de ce mécanisme. »
Pour comprendre comment les molécules changent de forme lors d'une réaction, l'équipe de recherche a utilisé des calculs informatiques pour trouver des arrangements spécifiques nécessaires à une production de lumière optimale. Ils ont constaté que lorsque les molécules se séparent en deux pièces, ils doivent rester près les uns des autres pour créer une lumière vive. S'ils s'éloignent trop rapidement, la lumière devient faible.
La découverte aide à expliquer pourquoi certains dioxétanes produisent une lumière vive dans l'eau, avec des composés plus récents atteignant près de 100% d'efficacité, contrairement aux versions antérieures qui ne fonctionnaient que dans des solvants organiques et ne convenaient pas aux tissus vivants. Cela montre que pour aller de l'avant, les scientifiques pourraient utiliser des 1,2-dioxétanes pour suivre les maladies comme le cancer et voir dans quelle mesure les traitements fonctionnent à l'intérieur des patients.
« Le principal point à retenir de cette étude est son immense potentiel pour révolutionner la médecine diagnostique et la recherche biologique grâce à des techniques de détection sûres, précises et très sensibles », a déclaré le SMU postdoctoral Student Maidileyvis Castro Cabello, qui est le premier auteur de l'étude.
« J'espère que ce domaine continuera de favoriser la collaboration interdisciplinaire, réunissant la chimie, la biologie, l'ingénierie et la médecine, pour stimuler le développement des technologies de diagnostic de nouvelle génération. La chimiluminescence ne consiste pas seulement à produire de la lumière; il s'agit d'illuminer la santé, de faire avancer la science et finalement, de sauver des vies. »
La recherche a également été menée par les étudiants diplômés Palanisamy Kandhan, ainsi que le chimiste informatique SMU Peng Tao.
