Er was slechts de vervanging van één atoom nodig voor wetenschappers van Rice University om nieuwe krachten te geven aan biocompatibele fluorescerende moleculen.

Het Rice-lab van chemicus Han Xiao meldde in de Tijdschrift van de American Chemical Society het heeft een schakelaar met één atoom ontwikkeld om fluorescerende kleurstoffen die in biologische beeldvorming worden gebruikt, naar believen in en uit te schakelen.

De techniek zal beeldvorming met hoge resolutie en dynamische tracking van biologische processen in levende cellen mogelijk maken, weefsels en dieren.

Het Rice-lab ontwikkelde een minimaal aangepaste sonde die kan worden getriggerd door een breed scala aan zichtbaar licht. Het gepatenteerde proces zou bestaande fotoactiveerbare fluoroforen kunnen vervangen die alleen kunnen worden geactiveerd met ultraviolet licht of die giftige chemicaliën nodig hebben om de fluorescentie aan te zetten, kenmerken die hun bruikbaarheid beperken.

De onderzoekers maakten gebruik van een fenomeen dat bekend staat als foto-geïnduceerde elektronenoverdracht (PET), waarvan al bekend was dat het fluorescerende signalen dempt.

Ze zetten fluoroforen in kooien van thiocarbonyl, de groep die verantwoordelijk is voor het blussen. Met eenstaps organische synthese, ze vervingen een zuurstofatoom in de kooi door een van zwavel. Dat stelde hen in staat om het PET-effect te induceren om fluorescentie te doven.

Door het complex opnieuw te activeren met zichtbaar licht in de buurt van de voorkeursabsorptie van het fluorescerende molecuul, oxideerde de kooi op zijn beurt. Dat sloeg de zwavel eruit en verving het door een zuurstofatoom, fluorescentie herstellen.

"Het enige dat nodig is om deze te maken, is een beetje chemie en een stap, " zei Xiao, die in 2017 bij Rice kwam met financiering van het Cancer Prevention and Research Institute of Texas (CPRIT). "We hebben in het artikel aangetoond dat het hetzelfde werkt voor een reeks fluorescerende kleurstoffen. één reactie lost veel problemen op."

Onderzoekers wereldwijd gebruiken fluorescerende moleculen om cellen of elementen in cellen te taggen en te volgen. Het activeren van de tags met zichtbaar licht met een laag vermogen in plaats van ultraviolet is veel minder schadelijk voor de cellen die worden bestudeerd, Xiao zei, en maakt de lange belichtingen van levende cellen die nodig zijn voor beeldvorming met superresolutie mogelijk. Superresolutie-experimenten door Theodore Wensel, de Robert A. Welch-leerstoel in de chemie aan het Baylor College of Medicine, en zijn team bevestigden hun capaciteiten, hij zei.

"We denken dat dit een heel goede sonde zal zijn voor beeldvorming van levende cellen, Xiao zei. "Mensen gebruiken ook fotoactiveerbare kleurstof om de dynamiek van eiwitten te volgen, om te zien waar en hoe ver en hoe snel ze reizen. Ons werk was om een ​​eenvoudige, algemene manier om deze kleurstof te genereren."

De onderzoekers ontdekten dat hun techniek werkte op een breed scala aan veelvoorkomende fluorescerende tags en zelfs kon worden gemengd voor meerkleurige beeldvorming van gerichte moleculen in een enkele cel.