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La mercaptopurina (6-MP) se usa para tratar la leucemia y las enfermedades autoinmunes. Sin embargo, los niveles más altos de este medicamento en los fluidos corporales pueden causar problemas de salud graves. En un artículo reciente de la revista ACS Ingeniería en Ciencias de los BiomaterialesLos investigadores desarrollaron un método de fluorescencia radiométrica basado en puntos cuánticos de carbono para detectar 6-MP en fluidos corporales humanos.
Estudio: detección de mercaptopurina fluorescente radiométrica selectiva basada en puntos cuánticos de carbono de emisión dual intrínseca. Crédito de la foto: Dzmitry Melnikau/Shutterstock.com
Los puntos cuánticos de carbono se fabricaron a partir de fuentes de carbono (glutatión y formamida) mediante un sencillo proceso de microondas. Los puntos cuánticos de carbono monodispersos tenían una alta afinidad por 6-MP y mostraban una emisión de fluorescencia dual. La respuesta del sensor se optimizó ajustando los parámetros de la sonda (pH, temperatura y volumen).
El análisis radiométrico de fluorescencia mostró un rango de concentración de 1,4 a 7,6 miligramos por litro de 6-MP en soluciones acuosas con un límite de detección (LOD) de 1,3 miligramos por litro. La evaluación del rendimiento del sensor desarrollado con muestras de orina y plasma humanos y soluciones complejas mostró una tasa de recuperación del 88 al 127 %.
Puntos cuánticos de carbono en sensores fluorométricos
Los puntos cuánticos de carbono son fáciles de fabricar y han encontrado aplicaciones en los campos óptico y biomédico. La emisión de fotoluminiscencia de los puntos cuánticos de carbono y la fácil funcionalización de su superficie los convierten en un candidato prometedor para sensores ópticos fluorométricos. Si bien la funcionalización de la superficie de los puntos cuánticos de carbono con grupos funcionales hidroxilo, carboxilo o carbonilo permite su fácil dispersión en medios acuosos, otros restos funcionales pueden facilitar la selectividad basada en analitos.
En consecuencia, se han desarrollado varios sensores fluorométricos basados en puntos cuánticos de carbono para determinar la presencia de diferentes especies químicas y bioquímicas. Debido a su sensibilidad, los sensores fluorométricos basados en puntos cuánticos de carbono se consideran mejores alternativas a los métodos de detección tradicionales, como la cromatografía líquida de alto rendimiento (HPLC), la espectroscopia Raman, la electroforesis y la espectrometría de masas.
Además, los sensores fluorométricos evitan los requisitos de equipos costosos, preparación de muestras sofisticada, operadores calificados y solventes tóxicos. Además, los sensores de fluorescencia radiométricos permiten la medición de múltiples intensidades de longitud de onda con alta precisión y estabilidad de respuesta, lo que es beneficioso en la detección de diversas moléculas de fármacos.
Los puntos cuánticos de carbono de doble emisión son más eficientes que sus homólogos de longitud de onda única y se fabrican mediante el proceso de dopaje de elementos térmicos o hidrotermales.
Fluorescencia radiométrica basada en puntos cuánticos de carbono para detección de 6 MP
En el presente estudio, la técnica de detección de fluorescencia ratiométrica desarrollada para detectar un fármaco inmunosupresor, 6-MP, utilizado para tratar enfermedades autoinmunes y leucemia se basó en puntos cuánticos de carbono. Muy poco o demasiado de este medicamento en los fluidos corporales puede causar problemas de salud graves. Por lo tanto, monitorear sus niveles en el cuerpo humano es crucial y requiere una técnica de análisis robusta que sea muy sensible a 6-MP.
La detección de fluorescencia radiométrica diseñada basada en puntos cuánticos de carbono podría analizar 6-MP en muestras de orina y plasma humano. Los puntos cuánticos de carbono necesarios para el presente estudio se produjeron a partir de glutatión y formamida mediante una síntesis asistida por microondas. Además, los puntos cuánticos de carbono sintetizados se caracterizaron mediante espectroscopia infrarroja transformada de Fourier (FT-IR), microscopía electrónica de transmisión (TEM) y espectroscopia fotoelectrónica de rayos X (XPS).
La espectroscopia FT-IR reveló la química superficial de los puntos cuánticos de carbono sintetizados. Los espectros resultantes mostraron una amplia banda de absorción entre 3000 y 3500 centímetros inversa, correspondiente a las frecuencias de estiramiento de hidroxilo (OH) y amina (NH). Los picos entre 2800 y 2900 centímetros fueron inversos con el metileno (-CH2) Grupo de vibraciones de estiramiento y flexión. Los tramos para carbonilo (C=O), alqueno (C=C) e imida (C=N) se observaron en la inversa de 1661,8 cm.
Los tramos inversos de amida (CN), alcohol (C-OH) y CO se observaron a 1384,40, 1296,87 y 1047 centímetros, respectivamente. Por lo tanto, los espectros FT-IR confirmaron la presencia de grupos amida, hidroxilo y amina en la superficie de los puntos cuánticos de carbono. Las imágenes TEM mostraron la encapsulación del punto cuántico de carbono en los compuestos biológicos utilizados durante su síntesis.
El tamaño medio de las partículas de los puntos cuánticos de carbono era de unos 3 nanómetros, lo que indica la síntesis satisfactoria de puntos cuánticos de carbono monodispersos ultrapequeños. Además, XPS reveló la presencia de grupos de azufre y nitrógeno en los puntos cuánticos de carbono sintetizados, lo que respaldó las interacciones entre el fármaco de 6 MP y la sonda de puntos cuánticos de carbono.
Conclusión
En resumen, se prepararon puntos cuánticos de carbono con un tamaño de partícula de 3 nanómetros a partir de glutatión y formamida a través de un proceso de microondas simple. Los puntos cuánticos de carbono preparados fueron selectivos para 6-MP y mostraron una emisión de fluorescencia dual con un rango de concentración entre 1,4 y 7,6 miligramos por litro.
Las interacciones entre el fármaco 6-MP y la sonda de puntos cuánticos de carbono se basaron en los grupos tiol y amina mediados por el glutatión. El método fluorométrico midió la concentración de 6-MP en soluciones acuosas con alta precisión y LOD de 1,3 miligramos por litro. A pesar de la presencia de impurezas como el sulfato de sodio (NaSO4), cloruro de sodio (NaCl), cloruro férrico (FeCl3), arginina y fructosa hasta una concentración de 1000 miligramos por litro, el método fluorométrico descrito pudo mantener una alta precisión.
La medición de muestras biológicas como el plasma y la orina humana con diferentes concentraciones de 6-MP utilizando el método fluorométrico basado en puntos cuánticos de carbono dio como resultado recuperaciones de fármacos que oscilan entre el 88 y el 127 %. La precisión y confiabilidad del desempeño del sensor diseñado ha sido confirmada mediante la realización de mediciones intradiarias e interdiarias. La técnica de fluorometría dual desarrollada en el presente trabajo es una alternativa superior a los métodos tradicionales utilizados para detectar moléculas de fármacos en un medio acuoso, con el potencial de ajuste de parámetros para determinar otras especies bioquímicas o químicas.
Relación
Saboorizadeh, B., Zare-Dorabei, R. (2022). Detección de mercaptopurina fluorescente radiométrica selectiva basada en puntos cuánticos de carbono de emisión dual intrínseca. ACS Biomateriales Ciencia e Ingeniería. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsbiomaterials.2c00423
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