Sød! Sukkerbelagt probe giver bedre syretest

En ny type ikke-toksisk fluorescerende sonde kunne gøre det meget lettere at detektere lav pH i levende celler.

Den menneskelige krop er engageret i en konstant vandring for at opretholde den rigtige pH, fordi når vores cellers syre-alkaliske balance går galt, det kan gå galt i stor stil.

Unormal pH - især, unormalt lavt, sur pH - er en markør for sygdomme lige fra cystisk fibrose, slagtilfælde og reumatoid arthritis til kræft og Alzheimers. Nu, Kemiker Haiying Liu fra Michigan Technological University har udviklet nye værktøjer, der kan gøre det meget nemmere at opdage lav pH i levende celler. Opdagelsen er fokus for en ny undersøgelse offentliggjort i ACS sensorer .

Måling af surhedsgrad

For at måle pH, forskere og medicinsk personale bruger fluorescerende farvestoffer, kaldet sonder, som lyser under sure forhold, når de aktiveres af fluorescerende lys. Sonderne bruges til diagnostisk billeddannelse - til at visualisere blodkar og fordøjelseskanalen, for eksempel – og de kan hjælpe kirurger med at fjerne sygt væv, herunder tumorer. Imidlertid, disse sonder er ikke perfekte.

Problemerne stammer fra det højenergilys, de skal bruge for at fluorescere. Lys ved disse bølgelængder tænder ikke kun sonden; det kan også få biologiske strukturer til at skinne som glødepinde. Denne autoluminescens gør det svært at se forskel på sonden og det omgivende væv. Højenergilys kan endda beskadige celler og få sondens oprindelige glans til at falme ind i mørke, en proces kaldet fotoblegning.

For at løse disse problemer, du skal bruge en sonde, der virker i lavenergi, nær-infrarødt lys. Så kemiprofessor Liu og hans team udviklede to af dem.

Disse sonder har meget at gøre for dem. De er ikke udsat for fotoblegning og autoluminescens. Plus, da nær-infrarødt lys kan trænge dybt ind i væv, de kunne give videnskabsmænd og læger et bedre kig ind i kroppen.

Sød og fluorescerende

Kemien af ​​de to sonder var inspireret af rhodamin, som har været brugt i bioteknologiske applikationer i årtier. "Men problemet med rhodamin er, at det kan beskadige celler, " sagde Liu. "Vi havde brug for en sonde, der var kompatibel med levende væv."

Så, Lius team sødede sine næste generations sonder med et simpelt sukker, der findes i mange frugter:mannose. "Vi introducerede sukkeret for at gøre proberne vandopløselige og mindre giftige, " sagde Liu. "Det hjælper dem med at penetrere cellemembraner og gør dem meget venligere."

Lius team designede sine sonder til at udsende lys på to forskellige måder. Først, de fluorescerer på den konventionelle måde, når de udsættes for nær-infrarødt lys. Ud over, de lyser i det nær-infrarøde spektrum ved endnu lavere energier, takket være en anden type kemisk respons kaldet single-photon frequency up-conversion luminescence (FUCL).

Tests under begge typer lys har været lovende, viser, at begge prober er meget følsomme over for pH og meget skånsomme over for levende celler, selv ved høje koncentrationer. Selvom proberne ligner hinanden kemisk, man er lidt mere følsom over for pH i cellekulturer.

Næste, Liu vil studere, hvor godt de opdager lav pH i mus, i håb om, at sonderne kan hjælpe med at fremme lægevidenskaben og endda redde liv.

En artikel om deres arbejde "Luminescerende sonder til følsom påvisning af pH-ændringer i levende celler gennem to nær-infrarøde luminescenskanaler, " blev offentliggjort online 27. juni i ACS sensorer .