Een nieuw type niet-toxische fluorescerende sonde zou het veel gemakkelijker kunnen maken om lage pH in levende cellen te detecteren.

Het menselijk lichaam is constant bezig met een koorddans om de juiste pH te behouden, want als de zuur-alkalische balans van onze cellen misgaat, het kan flink mis gaan.

Abnormale pH-in het bijzonder, abnormaal laag, zure pH - is een marker voor ziekten variërend van cystische fibrose, beroerte en reumatoïde artritis tot kanker en de ziekte van Alzheimer. Nutsvoorzieningen, De scheikundige Haiying Liu van de Michigan Technological University heeft nieuwe hulpmiddelen ontwikkeld die het veel gemakkelijker kunnen maken om een ​​lage pH in levende cellen te detecteren. De ontdekking is de focus van een nieuwe studie gepubliceerd in ACS-sensoren .

Zuurgraad meten

Om de pH te meten, onderzoekers en medisch personeel gebruiken fluorescerende kleurstoffen, sondes genoemd, die gloeien in zure omstandigheden wanneer ze worden geactiveerd door fluorescerend licht. De sondes worden gebruikt voor diagnostische beeldvorming - om bloedvaten en het spijsverteringskanaal te visualiseren, bijvoorbeeld - en ze kunnen chirurgen helpen om ziek weefsel te verwijderen, inclusief tumoren. Echter, deze sondes zijn niet perfect.

De problemen komen voort uit het hoogenergetische licht dat ze nodig hebben om te fluoresceren. Licht op deze golflengten schakelt niet alleen de sonde in; het kan er ook voor zorgen dat biologische structuren gaan glanzen als glowsticks. Deze autoluminescentie maakt het moeilijk om het verschil te zien tussen de sonde en de omliggende weefsels. Hoogenergetisch licht kan zelfs cellen beschadigen en ervoor zorgen dat de aanvankelijke glans van de sonde in de duisternis vervaagt. een proces dat fotobleken wordt genoemd.

Om deze problemen op te lossen, je zou een sonde nodig hebben die werkt in lage energie, nabij-infrarood licht. Dus professor scheikunde Liu en zijn team ontwikkelden er twee.

Deze sondes hebben veel te bieden. Ze zijn niet onderhevig aan fotobleken en autoluminescentie. Plus, aangezien nabij-infrarood licht diep in weefsels kan doordringen, ze zouden wetenschappers en artsen een beter kijkje in het lichaam kunnen geven.

Zoet en fluorescerend

De chemie van de twee sondes is geïnspireerd op rhodamine, die al tientallen jaren wordt gebruikt in biotech-toepassingen. "Maar het probleem met rhodamine is dat het cellen kan beschadigen, " zei Liu. "We hadden een sonde nodig die compatibel was met levende weefsels."

Dus, Liu's team heeft zijn nieuwe generatie sondes gezoet met een eenvoudige suiker die in veel fruit zit:mannose. "We hebben de suiker geïntroduceerd om de sondes wateroplosbaar en minder giftig te maken, "zei Liu. "Dat helpt ze de celmembranen binnen te dringen en maakt ze veel vriendelijker."

Het team van Liu ontwierp zijn sondes om op twee verschillende manieren licht uit te stralen. Eerst, ze fluoresceren op de conventionele manier wanneer ze worden blootgesteld aan nabij-infrarood licht. In aanvulling, ze gloeien in het nabij-infraroodspectrum bij nog lagere energieën, dankzij een ander type chemische respons genaamd single-photon frequency up-conversion luminescentie (FUCL).

Tests onder beide soorten licht waren veelbelovend, waaruit blijkt dat beide sondes zeer gevoelig zijn voor pH en zeer zacht voor levende cellen, zelfs bij hoge concentraties. Hoewel de sondes chemisch vergelijkbaar zijn, men is iets gevoeliger voor pH in celculturen.

Volgende, Liu gaat onderzoeken hoe goed ze een lage pH bij muizen detecteren, in de hoop dat de sondes de medische wetenschap vooruit kunnen helpen en zelfs levens kunnen redden.

Een artikel over hun werk "Luminescent Probes for Sensitive Detection of pH Changes in Live Cells through Two Near-Infrared Luminescence Channels, " werd online gepubliceerd op 27 juni in ACS-sensoren .