Met een kleine aanpassing van het kleurenpalet, Onderzoekers van de University of Virginia School of Medicine hebben het voor wetenschappers gemakkelijker gemaakt om biologische processen te begrijpen, volg gebeurtenissen in individuele cellen, ontrafel de mysteries van ziekte en ontwikkel nieuwe behandelingen.

UVA's Hui-wang Ai, doctoraat, en Shen Zhang, doctoraat, hebben een eenvoudige en effectieve verbetering ontwikkeld van fluorescerende 'biosensoren' die veel worden gebruikt in wetenschappelijk en medisch onderzoek. De biosensoren detecteren specifieke doelen in cellen en laten ze gloeien, zodat wetenschappers biologische gebeurtenissen kunnen volgen en kwantificeren die ze anders niet zouden kunnen.

De meeste fluorescerende eiwitbiosensoren geven een groene of gele gloed, maar Ai en Zhang hebben een manier ontdekt om groen naar rood te verschuiven. Dit heeft grote voordelen, inclusief het voor wetenschappers gemakkelijker maken om meerdere doelen tegelijk te volgen en dieper in weefsels te kijken.

"Deze innovatieve methode kan niet alleen bestaande biosensoren omzetten, maar ook eventuele in de toekomst ontwikkelde groene biosensoren, "Ai zei. "Veelkleurige en/of gemultiplexte beeldvorming met fluorescerende biosensorcellen zullen dus breed toegankelijk worden."

De weg verlichten

Hoewel er bestaande rode biosensoren zijn, ze presteren doorgaans beter dan hun groene tegenhangers. Dus wetenschappers waren gretig op zoek naar manieren om de groene kleur in rood te veranderen, de voordelen van de groene sensoren behouden en nieuwe toevoegen, zoals het verminderen van de visuele verwarring die kan worden veroorzaakt door de natuurlijke fluorescentie van weefsels en cellen.

Ai en Zhang vonden een oplossing deels door een meevaller - of "serendipiteit, " zoals ze het beschrijven in een nieuw wetenschappelijk artikel. Tijdens hun reguliere laboratoriumwerk, ze ontdekten dat het toevoegen van een bepaald aminozuur, 3-aminotyrosine, naar de groene biosensor maakte het rood. Dit is eenvoudig te doen en zeer effectief, zij melden. De rode versie behield de helderheid, dynamisch bereik en reactievermogen van de groene sensor, terwijl u de extra voordelen van een rode biedt.

"We hebben een panel van groene biosensoren aangepast voor metaalionen, neurotransmitters en celmetabolieten, "Zei Zhang. "Spontane en efficiënte groen-naar-rood-conversie werd waargenomen voor alle geteste biosensoren, en er was weinig optimalisatie op individuele sensoren nodig."

De onderzoekers testten hun verbeterde biosensor op cellen die insuline maken in de alvleesklier. Ze waren in staat om het effect van hoge glucosespiegels op de cellen te volgen, nieuwe inzichten opdoen en de onderzoekers nieuwe richtingen geven om te verkennen.

Ze hopen dat hun snelle en gemakkelijke sensorupgrade vergelijkbare voordelen zal bieden als veel andere wetenschappers en wetenschappelijk onderzoek.

"Het zal veel toepassingen hebben, "Ai zei, "zoals versnelling van ons begrip van hoe de alvleesklier de insulinesecretie regelt of hoe neuronale activiteitspatronen in de hersenen correleren met complex gedrag."