Al decenia, wetenschappers hebben fluorescerende sondes gebruikt om moleculen te detecteren, monitor cellulaire activiteit en lever medicijnen in cellen. Probes op basis van een verbinding genaamd naftalimide zijn vooral populair omdat ze gemakkelijk in grote hoeveelheden kunnen worden gemaakt en hun fluorescentie kan worden aangepast door de samenstellende atomen te veranderen. Maar ze worden meestal slechts in kleine hoeveelheden door cellen opgenomen, wat hun effectiviteit belemmert. In aanvulling, er is weinig bekend over hoe ze het celmembraan passeren om binnen te komen.

In een nieuwe studie onderzoekers van het Indian Institute of Science (IISc) hebben een manier bedacht om de cellulaire opname van dergelijke fluorescerende sondes te stimuleren. Ze ontdekten dat het eenvoudigweg vervangen van twee waterstofatomen door jodium in hun structuur de hoeveelheid die naar zoogdiercellen wordt getransporteerd dramatisch verhoogt - tot 98 procent. De jodiumatomen bleken een speciaal type binding te vormen, bekend als halogeenbinding, met een specifieke transporter in het celmembraan, waardoor de sonde gemakkelijker door het membraan kon glippen.

De bevinding biedt een nieuwe strategie om sondes te ontwerpen die effectiever door cellen kunnen worden opgenomen, suggereren de auteurs. Het onthult ook voor het eerst waarom de aanwezigheid van jodium in biologische verbindingen zoals schildklierhormonen belangrijk is. "Dit kan een aanwijzing geven waarom de natuur jodium koos voor dergelijke verbindingen. Als ze jodium bevatten, ze worden gemakkelijk door de cellen opgenomen, " zegt senior auteur G. Mugesh, Professor, Afdeling Anorganische en Fysische Chemie, IISc.

Het team van Mugesh ontwierp verschillende op naftalimide gebaseerde sondes en testte het effect van het vervangen van enkele waterstofatomen in hun structuur door halogeenatomen (chloor, broom en jodium). Voor verbindingen zonder enige substitutie, de hoeveelheid die naar de cel werd getransporteerd, was vrij laag (~ 5-8 procent). De cellulaire opname nam iets toe wanneer chloor- en broomatomen werden toegevoegd (respectievelijk tot 15 procent en 22 procent). Wanneer twee jodiumatomen aan de structuur werden toegevoegd, de opname nam drastisch toe - 98 procent van de verbinding werd in de cel opgenomen.

Het team ontdekte dat de twee jodiumatomen sterke halogeenbindingen vormden met een transporteiwit in het celmembraan, MCT8 genaamd, dat het molecuul vervolgens over het membraan vervoerde. Dit suggereert dat zelfs biologische verbindingen die jodium bevatten waarschijnlijk een vergelijkbare transporter en mechanisme gebruiken om cellen binnen te gaan, zegt Mugesh.

Aangezien bekend is dat MCT8 een belangrijke rol speelt bij het transport van hormonen zoals thyroxine, dergelijke sondes kunnen helpen bij het analyseren van membraanactiviteit en het volgen van hormoonopname, hij voegt toe. Bijvoorbeeld, thyroxine (T4), het hormoon dat door de schildklier wordt uitgescheiden, moet vanuit het bloed in de cel worden getransporteerd, waar het wordt geconverteerd naar T3, de actieve vorm. "Er is geen sonde om te begrijpen hoeveel T4 in de cellen wordt getransporteerd. het wordt gemeten met behulp van radioactief jodium, " zegt Mugesh. "Maar onze methode is een eenvoudige fluorescerende methode, die geen gebruik maakt van radioactieve stoffen, om erachter te komen of MCT8 goed werkt of niet, en of de hormoonopname wordt beïnvloed of niet."

Er zijn ook andere mogelijke toepassingen. Bepaalde verbindingen die worden gebruikt in voedselverpakkingen en brandvertragers, bijvoorbeeld, bevatten veel jodium en andere halogenen, waarvan bekend is dat ze cellen binnendringen en de schildklierniveaus beïnvloeden. "Om de toegang van die verbindingen te blokkeren, specifieke remmers zijn vereist. Deze sondes kunnen nuttig zijn om remmers te ontwerpen om hun toegang te blokkeren, ', zegt Mugesh.