Enzymen, essentieel voor normale cellulaire en fysiologische functies, zijn vanwege hun abnormale activiteit betrokken bij verschillende ziekten zoals kanker en diabetes. Daarom is het volgen van de enzymactiviteit een waardevolle strategie voor de diagnose en monitoring van ziekten. Conventionele beeldvormingstechnieken worden beperkt door de behoefte aan contrastmiddelen, lage gevoeligheid en spatio-temporele resolutie.

Om deze beperkingen te overwinnen, onderzoeken onderzoekers steeds vaker fluorescerende probes voor niet-invasieve en realtime visualisatie van de enzymdynamiek en de bijbehorende ziektestatus.

In een nieuw overzichtsartikel hebben onderzoekers uit Korea de nieuwste ontwikkelingen in de ontwikkeling van enzymgeactiveerde nabij-infrarood (NIR) fluorescerende sondes en hun diverse toepassingen in biomedisch onderzoek en geneeskunde samengevat. Door de hoofdauteurs,

Professor Jun-Seok Lee van Korea University College of Medicine en professor Juyoung Yoon van Ewha Womans University in Korea leggen uit:“Hoewel conventioneel biomarkeronderzoek afhankelijk is van het vergelijkende expressieniveau van een doelenzym, weerspiegelt dit niet de enzymatische activiteit. fluorescerende probes kunnen helpen de dynamiek van enzymactiviteit in vitro en in vivo te monitoren."

Het overzichtsartikel is gepubliceerd in Trends in Analytical Chemistry .

Enzymgeactiveerde fluorescerende probes bestaan ​​hoofdzakelijk uit drie componenten:een fluorofoor die bij activering fluorescentie uitzendt, een linker en een enzymherkenningseenheid. Wanneer de sonde het doelenzym tegenkomt, activeert de resulterende lading of energieoverdracht de NIR-fluorofoor, waardoor detecteerbare fluorescentie wordt uitgezonden.

De auteurs beschrijven verschillende ontwerpstrategieën voor deze aanpasbare fluorescerende sondes, met veelzijdige toepassingen in onderzoeken die zich richten op enzymen die betrokken zijn bij metabolische processen, neurotransmissie, celgroei, celdood en andere sleutelprocessen.

NIR-fluorescerende sondes worden veel gebruikt in de biomedische beeldvorming om cellen en weefsels te visualiseren, en ze bieden zeer gevoelige en realtime metingen van enzymactiviteit in cellen en modellen van dierziekten.

Hun selectiviteit maakt de detectie mogelijk van afwijkende enzymen die specifiek zijn voor bepaalde tumoren of ziekten, wat vroege en differentiële diagnose bevordert. Bovendien worden ze gebruikt om tumormarges of specifieke weefsels te schetsen, chirurgische resectie te begeleiden en veelbelovend te zijn bij het beoordelen van therapeutische reacties op enzymgerichte therapieën. Bovendien strekken hun toepassingen zich uit tot omgevingsdetectie, voedselveiligheid, water- en luchtanalyse.

Enzym-geactiveerde fluorescerende probes bieden een hoge specificiteit en gevoeligheid, uitstekende biocompatibiliteit, gebruiksgemak en afstembare eigenschappen, waardoor ze waardevolle troeven zijn in biomedisch onderzoek en de gezondheidszorg. Verdere studies kunnen helpen bij het ontwerpen van fluorescerende probes met meerdere doelwitten die onderscheid kunnen maken tussen verschillende celtypen en kunnen helpen bij klinisch onderzoek, diagnostiek, ziektemonitoring en behandelingen. Over het geheel genomen hebben deze onderzoeken een aanzienlijk potentieel om de gezondheidszorg radicaal te veranderen.

Deze review vergroot ons begrip van fluorescerende probes en legt de basis voor toekomstig onderzoek dat hun toepassingen kan uitbreiden. De auteurs concluderen door te zeggen:“Abnormale enzymactiviteit is een kenmerk van verschillende ziekten. NIR-fluorescerende probes kunnen worden gebruikt als moleculaire hulpmiddelen voor visualisatie en kwantificering van dergelijke biomarkers. Hoewel er aanzienlijke vooruitgang is geboekt in de ontwikkeling ervan, zijn aanvullende onderzoeken nodig om de hun biotoepassingen."

Meer informatie: Hyunsun Jeong et al, Recente ontwikkelingen in enzymgeactiveerde NIR-fluorescerende probes voor biologische toepassingen, Trends in analytische chemie (2023). DOI:10.1016/j.trac.2023.117335

Aangeboden door Korea University College of Medicine