Un equipo de químicos del MIT ha desarrollado un nuevo tipo de molécula fluorescente que promete mejorar la claridad en las imágenes biomédicas, especialmente en la detección de tumores. Este innovador colorante se basa en un ion borenio, una forma cargada positivamente de boro capaz de emitir luz en el rango rojo a infrarrojo cercano. Hasta hace poco, estos iones eran demasiado inestables para su uso práctico en aplicaciones biomédicas.
En un estudio publicado recientemente en Nature Chemistry, los investigadores demostraron que podían estabilizar los iones borenio mediante su unión a un ligando, lo que les permitió crear películas, polvos y cristales que emiten y absorben luz en el rango rojo y cercano al infrarrojo. Esta capacidad es crucial, ya que la luz cercana al infrarrojo es más efectiva para visualizar estructuras profundas dentro de los tejidos, lo que podría resultar en imágenes más nítidas de tumores y otras formaciones internas.
“Uno de los motivos por los cuales nos enfocamos en el rango rojo a infrarrojo cercano es porque esos tipos de colorantes penetran mejor en el cuerpo y los tejidos que la luz UV y visible”, explica Robert Gilliard, profesor de química en el MIT y autor principal del estudio. “La estabilidad y el brillo de estos colorantes rojos son los desafíos que intentamos superar”.
Nuevas propiedades ópticas del borenio
Tradicionalmente, la mayoría de las técnicas de imagen fluorescente emplean colorantes que emiten luz azul o verde. Si bien estos agentes funcionan adecuadamente en células, su eficacia disminuye en tejidos debido a la interferencia causada por niveles bajos de fluorescencia natural del cuerpo. Por otro lado, los agentes que emiten fluorescencia roja pueden ofrecer imágenes más claras; sin embargo, muchos colorantes rojos son inherentemente inestables y no generan señales brillantes debido a sus bajos rendimientos cuánticos.
Los cationes borenio, compuestos por un átomo de boro unido a tres átomos adicionales, emergieron como candidatos prometedores para emitir luz cercana al infrarrojo. Estos iones fueron considerados “curiosidades de laboratorio” tras su descubrimiento inicial en la década de 1980 debido a su inestabilidad extrema; debían ser manipulados dentro de contenedores sellados para evitar su descomposición al contacto con el aire.
A medida que avanzaba la investigación, se descubrió que era posible estabilizar estos iones mediante su unión a ligandos. En 2019, el laboratorio de Gilliard identificó propiedades inusuales en estos iones estables: podían responder a cambios térmicos emitiendo diferentes colores de luz. Sin embargo, continuaban siendo demasiado reactivos para ser manejados al aire libre.
Aplicaciones potenciales en biomedicina
El equipo comenzó a experimentar con aniones presentes en los compuestos CDC-borenio. A través de interacciones entre estos aniones y el catión borenio, se generó un fenómeno conocido como acoplamiento excitónico, lo cual modificó las propiedades ópticas hacia el extremo infrarrojo del espectro visible. Esto también resultó en un alto rendimiento cuántico, permitiendo que las moléculas brillaran con mayor intensidad.
“No solo estamos trabajando en la región correcta, sino que también la eficiencia de las moléculas es muy adecuada”, señala Gilliard. “Hemos alcanzado porcentajes cercanos al treinta por ciento para los rendimientos cuánticos en la región roja”.
Los investigadores también han demostrado la capacidad de convertir sus compuestos borenio en diversos estados físicos: sólidos cristalinos, películas, polvos y suspensiones coloides. Para aplicaciones biomédicas, Gilliard imagina encapsular estos materiales borenios dentro de polímeros para utilizarlos como colorantes inyectables.
Innovación y futuro del desarrollo químico
Dada su capacidad para responder a variaciones térmicas, estos materiales podrían funcionar como sensores térmicos útiles para monitorear si medicamentos o vacunas han sido expuestos a temperaturas inapropiadas durante su transporte. “Para cualquier aplicación donde sea importante rastrear temperaturas, estos ‘termómetros moleculares’ pueden ser muy valiosos”, afirma Gilliard.
Además, si se incorporan en películas delgadas, estas moléculas podrían tener aplicaciones como diodos orgánicos emisores de luz (OLED), especialmente útiles para nuevos tipos de pantallas flexibles.
Frieder Jaekle, profesor de química en Rutgers University y ajeno al estudio, destaca: “Los altos rendimientos cuánticos logrados en el infrarrojo cercano hacen que esta clase de compuestos sea extremadamente interesante para aplicaciones biológicas”. Los investigadores están ahora enfocados no solo en explorar posibles aplicaciones para estos colorantes sino también extender su emisión hacia regiones más profundas del infrarrojo cercano mediante la incorporación adicional de átomos de boro.
Este trabajo fue financiado por la Arnold and Mabel Beckman Foundation y los National Institutes of Health.
Si (
No(
