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.

Ideeën buiten het lab brengen

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.

Voor meer informatie over de wetenschap van ondernemerschap, ze maakten gebruik van verschillende programma's van eigen bodem van UConn. 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. Ze waarderen het programma omdat het hen een solide basis heeft gegeven om hun technologie en bedrijfsstrategie te evalueren.

Gelanceerd in 2015, Accelerate UConn streeft ernaar om met succes meer universitaire technologieën te bevorderen langs het commercialiseringscontinuüm. Onder auspiciën van het Office of the Vice President for Research en het Connecticut Center for Entrepreneurship and Innovation (CCEI), Accelerate UConn biedt deelnemers kleine seed-beurzen en uitgebreide ondernemerstraining.

"De ervaring van Dr. Loew is een goed voorbeeld van hoe UConn 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 industrieleiders in Connecticut kunnen voegen, en een impact hebben in onze gemeenschappen en op de staatseconomie."

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.

"We namen aanvankelijk deel aan het Accelerate UConn-programma om te leren hoe we een bedrijf konden opbouwen, zodat we onze bestaande snelle kleurstoffen aan andere wetenschappers zoals wij konden verkopen. In plaats daarvan, we hebben uiteindelijk een geheel nieuw klantensegment ontdekt met een groter potentieel en een dringendere behoefte, "zegt Acker. "We voelen ons gelukkig dat we de kans hebben gehad om deel te nemen aan dit eliteprogramma dat hier bij UConn is gebaseerd."

Invoer van buitenaf verkrijgen

Door een van de belangrijkste principes van Accelerate UConn te volgen om "het gebouw te verlaten, " Acker heeft tientallen interviews afgenomen met experts uit de industrie die VSD's gebruiken voor het screenen van geneesmiddelen. Ze gaven allemaal aan behoefte te hebben 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.

Loew, Akker, en Yan's nieuwe kleurstoffen verbeteren de huidige sensoren die worden gebruikt voor drugsscreening, 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.

Loew zegt dat de ondersteuning van de ondernemerschapsprogramma's van UConn van cruciaal belang was bij het transformeren van hun eerste ontdekking van project naar product.

"We hebben zoveel geleerd van deze programma's, en we plukken er nog steeds de vruchten van, ", zegt Loew. "Door ons op de juiste klant te richten, hebben we extra onderzoeksfinanciering gekregen via het SPARK Technology Commercialization Fund van UConn, en moedigde ons aan om een ​​startup te vormen, Potentiometrische sondes, om ons product naar de markt te brengen.

"We leveren al meer dan 30 jaar VSD's aan honderden hart- en neurowetenschappelijke onderzoekslaboratoria, " voegt hij eraan toe. "We hebben goede hoop dat Potentiometrische Probes ervoor zullen zorgen dat dit zo blijft, zeker nu de vraag groot is en er nieuwe toepassingen in de commerciële sector ontstaan."

Het team ontwikkelt momenteel een nieuwe website die een hulpmiddel zal zijn voor onderzoekers die deze spanningsbeeldvormingstechnieken gebruiken. Eenmaal gelanceerd zal het toegankelijk zijn op www.potentiometrics.com.

Op zoek naar de toekomst

Via hun UConn SPARK Technology Commercialization-financiering, het team heeft twee nieuwe kleurstoffen kunnen ontwikkelen en testen, en ze hebben een paar extra mogelijkheden geconceptualiseerd. Een van hun huidige prototypes is veelbelovend, zegt Loew.

Loew en Acker blijven hun kleurstoffen optimaliseren en streven naar vervolgfinanciering om hun producten te commercialiseren via het NSF's Small Business Innovation Research (SBIR)-programma en BiopipelineCT, die wordt beheerd door Connecticut Innovations.

Ze zijn ook blijven groeien als ondernemers door deel te nemen aan de CCEI Summer Fellowship. Potentiometric Probes werd uitgeroepen tot finalist in dit programma, en zal strijden voor een extra $15, 000 prijs in de Wolff New Venture Competition, ook beheerd door CCEI.

De teamleden hopen dat hun kleurstoffen op een dag een grote impact zullen hebben voor zowel de farmaceutische industrie als collega-universitaire onderzoekers.

"Als academici " zegt Loew, "we denken niet echt aan geld. We zijn gewoon blij om onze wetenschap te doen en hopen dat het op een dag mensen helpt. Maar rekening houdend met de behoeften van een eindgebruiker die verder gaat dan andere wetenschappers, zal dit mogelijk leiden tot een grotere acceptatie van onze ontdekkingen, meer geld voor onze projecten, en uiteindelijk meer wetenschappelijke doorbraken. Dat is een cultuurverandering die het overwegen waard is."