Levendige tonen van geel, Oranje, en rood bewegen in golven over het scherm. Hoewel het scherm eruitziet als psychedelische kunst, het levert in feite zeer technische medische informatie - de elektrische activiteit van een kloppend hart gekleurd met spanningsgevoelige kleurstoffen om te testen op letsel of ziekte.

Deze spanningsgevoelige kleurstoffen zijn ontwikkeld en gepatenteerd door UConn Health-onderzoekers, die nu zijn begonnen met het commercialiseren van hun product voor zowel industrieel als academisch gebruik.

Elektrische signalen of spanningen zijn fundamenteel voor de natuurlijke functie van hersen- en hartweefsel, en verstoorde elektrische signalering kan een oorzaak of gevolg zijn van letsel of ziekte. Het rechtstreeks meten van de elektrische activiteit van de membranen met elektroden is vanwege hun kleine formaat niet mogelijk voor drugsscreening of diagnostische beeldvorming. Om de elektrische potentiaal zichtbaar te maken, onderzoekers gebruiken fluorescerende spanningssensoren, ook bekend als spanningsgevoelige kleurstoffen of VSD's, die cellen maken, weefsels, of hele organen lichten op en kunnen worden gemeten met microscopen.

Niet alle kleurstoffen reageren op dezelfde manier op spanningsveranderingen, en er is een gemeenschappelijke afweging tussen hun gevoeligheid en snelheid. Langzamere kleurstoffen kunnen worden gebruikt voor screening op geneesmiddelen met een hoge gevoeligheid, maar ze kunnen de kenmerken van snelle actiepotentialen in sommige weefsels niet meten, zoals hartcellen. Snelle kleurstoffen kunnen worden gebruikt om actiepotentialen af ​​te beelden, maar ze vereisen dure, aangepaste instrumentatie, en zijn niet gevoelig genoeg voor kristalheldere resultaten op individuele cellen.

Hoogleraar celbiologie en directeur van UConn's Centre for Cell Analysis &Modeling, Leslie Loew en zijn team hebben nieuwe snelle kleurstoffen ontwikkeld die ook zeer gevoelig zijn, waardoor de wisselwerking tussen snelheid en gevoeligheid wordt geëlimineerd.

Loew en onderzoeksmedewerkers Corey Acker en Ping Yan hebben een groot deel van hun loopbaan gewijd aan het ontwikkelen en karakteriseren van fluorescerende sondes met membraanpotentiaal zoals spanningsgevoelige kleurstoffen. Het team levert de afgelopen 30 jaar zelfs hun gepatenteerde snelle kleurstoffen aan collega-onderzoekers, maar ze raakten pas onlangs geïnteresseerd in het commercialiseren van hun werk.

Loew en Acker's eerste stap in het ondernemerschap begon in de herfst van 2016, toen ze werden toegelaten tot UConn's National Science Foundation (NSF) I-Corps-site, Versnel UConn, dat is de enige NSF I-Corps-site in de staat. Ze waarderen het programma omdat het hen een solide basis heeft gegeven om hun technologie en bedrijfsstrategie te evalueren.

"De ervaring van Dr. Loew is een goed voorbeeld van hoe het NSF I-Corp-programma academische ontdekkingen met een hoog potentieel kan omzetten in levensvatbare producten en diensten met de juiste training, " zegt Radenka Maric, UConn's vice-president voor onderzoek. "Versnel UConn helpt onze vooraanstaande faculteit hun ideeën buiten het laboratorium te brengen, zodat ze zich bij andere succesvolle ondernemers en marktleiders kunnen voegen, en een impact hebben in onze gemeenschappen en op de economie."

Acker zegt dat het programma hen ook heeft geholpen bij het identificeren van een opwindende nieuwe marktkans gericht op farmaceutische bedrijven. Deze bedrijven hebben kleurstoffen nodig die zowel snel als gevoelig zijn voor high-throughput screening van potentiële therapeutische doelen. Bij high-throughput drugsscreening, wetenschappers maken speciale cellijnen, en gebruik vervolgens geavanceerde apparatuur om robotisch verschillende medicijnen toe te passen op roterende schalen van cellen. De cellen worden gekleurd met een spanningsgevoelige kleurstof die elke verandering in membraanpotentiaal of spanning vertoont na toediening van het geneesmiddel met veranderingen in fluorescentie. Acker schat dat farmaceutische bedrijven en contractonderzoeksorganisaties (CRO's) meer dan $ 10 uitgeven, 000 op deze kleurstoffen voor elke studie van een week.

De kleurstoffen die Loew, Akker, en Yan ontwikkelen zullen farmaceutische bedrijven ook in staat stellen te reageren op nieuwe cardiale veiligheidsscreeningvoorschriften van de Food and Drug Administration, CiPA genaamd (de uitgebreide in vitro proaritmietest).

CiPA-regelgeving heeft tot doel betere manieren te vinden om bijwerkingen van nieuwe medicijnen die hartritmestoornissen kunnen veroorzaken, op te sporen. In een belangrijk onderdeel van CiPA, screening wordt voltooid in hartcellen met een realistische elektrische hartslag. De snelgevoelige kleurstoffen van het Loew-team zouden farmaceutische bedrijven effectievere opties kunnen bieden dan momenteel beschikbaar zijn. Aangezien CiPA van toepassing is op alle nieuwe therapieën, van afslankmedicijnen tot allergiemedicatie, Loew en Acker anticiperen op een grote vraag naar hun technologie.

Acker heeft tientallen interviews afgenomen met experts uit de industrie die VSD's gebruiken voor het screenen van geneesmiddelen. Ze hadden allemaal behoefte aan kleurstoffen met een verbeterde gevoeligheid, hogere snelheid, en minder ongewenste interacties of toxiciteit met de cellen die worden getest.

Loew en zijn team waren ervan overtuigd dat ze konden presteren. Hun nieuwe kleurstoffen verbeteren de huidige sensoren die worden gebruikt voor het screenen van geneesmiddelen, waarbij sprake is van een tweecomponentensysteem en energieoverdracht tussen de componenten. De onderzoekers produceren kleurstoffen die een nieuw VSD-systeem gebruiken waarbij energieoverdracht efficiënter is, waardoor sneller, gevoeliger, en minder giftige kleurstoffen. Onlangs hebben ze twee nieuwe kleurstoffen ontwikkeld en getest, en ze hebben een paar extra mogelijkheden geconceptualiseerd. Een van hun huidige prototypes is veelbelovend, zegt Loew.

Het team heeft een startup gevormd, Potentiometrische sondes, ondergebracht in UConn's Technology Incubation Program, om hun commercialiseringsinspanningen voort te zetten.