Nabij-infrarood cyanine kleurstoffen zijn go-to tools voor het bestuderen van de innerlijke werking van cellen en het onderzoeken van de biochemie van ziekte, waaronder kanker.

Maar ook al hebben ze een lage toxiciteit en veel toepassingen, deze fluorescerende kleurstoffen hebben een zwakte, zegt Haiying Liu, een professor in de chemie aan de Michigan Technological University. Doe de kleurstoffen in water en ze werken niet meer. Hun moleculen klonteren samen, of aggregaat, wat hun helderheid aanzienlijk vermindert.

Liu en zijn team vroegen zich af of het zo moest zijn. "We dachten dat het mogelijk zou zijn om aggregatie te gebruiken om de fluorescentie van de kleurstof aan te zetten, "zegt hij. "We wilden van een nadeel een voordeel maken."

Dus bouwden ze een nieuwe cyaninekleurstof die in water werkt en andere gunstige eigenschappen heeft. Hun onderzoek is onlangs gepubliceerd in Chemische communicatie .

Liu begon met het hechten van de chemische tetrafenyletheen (TPE) aan een conventionele cyaninekleurstof die de pH meet. De nieuwe kleurstof doet wat de conventionele kleurstof niet doet:hij fluoresceert wanneer hij aggregeert in water, helder gloeien als de omstandigheden zuur zijn en vervagen in alkalische omstandigheden. Plus, de nieuwe kleurstof heeft een bijkomend voordeel omdat hij fluoresceert onder zowel nabij-infrarood licht als zichtbaar licht.

"Nabij-infrarood is nuttig in biomedisch onderzoek omdat het diep weefsel doordringt, " zegt Liu. Bovendien, deze dubbele fluorescentie geeft wetenschappers meer waar voor hun geld. "We kunnen de pH-verandering in twee verschillende kleuren bepalen, waarmee we de beeldresultaten kunnen controleren."

De onderzoekers testten hun cyaninekleurstof op levende cellen die waren gekweekt in waterige oplossingen met variërende pH. Ze ontdekten dat cellen die in zure oplossingen waren geïncubeerd, fluoresceerden, terwijl de fluorescentie vervaagde in cellen die onder alkalische omstandigheden waren gekweekt.

Het team wilde ook zien of de kleurstof pH-fluctuaties kan volgen in cellen die zijn blootgesteld aan oxidatieve stress - een marker voor een ziekte, waaronder kanker. Onder deze voorwaarden, pH-niveaus in de cellen hebben de neiging te dalen.

Dus testten de onderzoekers ook twee celculturen. De eerste was geïncubeerd met een oxidatiemiddel, waterstof peroxide; de tweede met het chemische N-ethylmaleïmide (NEM) dat een beschermende antioxidant in cellen uitschakelt. In beide gevallen, de cellen fluoresceerden helderder nadat ze waren geïncubeerd, wat aantoont dat hun pH in het zuurbereik was gedaald.

De nieuwe fluorescerende kleurstof is relatief eenvoudig te maken in het laboratorium, Liu legt uit, en het zou zeker onderzoekers kunnen helpen die cellulaire pH moeten detecteren in oplossingen met een hoog percentage water. In aanvulling, hij gelooft dat de techniek kan worden aangepast aan verschillende soorten cyaninekleurstoffen.

"Door de hydroxylgroepen van de TPE-donor te modificeren, " hij zegt, "Je zou nieuwe kleurstoffen kunnen ontwikkelen voor het detecteren en afbeelden van koolstofdioxide, enzymen en biothiolen zoals GSH."