Farvestoffer opdager sygdom gennem hjerteslagssignaler

Levende gule toner, orange, og rød bevæger sig i bølger over skærmen. Selvom displayet ligner psykedelisk kunst, det giver faktisk meget teknisk medicinsk information-den elektriske aktivitet i et bankende hjerte farvet med spændingsfølsomme farvestoffer for at teste for skade eller sygdom.

Disse spændingsfølsomme farvestoffer blev udviklet og patenteret af UConn Health-forskere, som nu er gået i gang med at kommercialisere deres produkt til industri såvel som akademisk brug.

Elektriske signaler eller spændinger er grundlæggende i hjernens og hjertevævets naturlige funktion, og forstyrret elektrisk signalering kan være en årsag eller konsekvens af skade eller sygdom. Direkte måling af membranernes elektriske aktivitet med elektroder er ikke mulig til lægemiddelscreening eller diagnostisk billeddannelse på grund af deres lille størrelse. For at synliggøre det elektriske potentiale, forskere bruger fluorescerende spændingssensorer, også kendt som spændingsfølsomme farvestoffer eller VSD'er, der danner celler, væv, eller hele organer lyser op og gør det muligt at måle dem med mikroskoper.

Ikke alle farvestoffer reagerer på spændingsændringer på samme måde, og der er en fælles afvejning mellem deres følsomhed og hastighed. Langsommere farvestoffer kan bruges til lægemiddelscreening med høj følsomhed, men de kan ikke måle egenskaberne ved hurtige aktionspotentialer i nogle væv, ligesom hjerteceller. Hurtige farvestoffer kan bruges til at forestille sig handlingspotentialer, men de kræver dyre, tilpasset instrumentering, og er ikke følsomme nok til krystalklare resultater på individuelle celler.

Professor i cellebiologi og direktør for UConn's Center for Cell Analysis &Modeling, Leslie Loew og hans team har udviklet nye hurtige farvestoffer, der også er meget følsomme, eliminerer afveksling af hastighed/følsomhed.

Moving Ideas Beyond the Lab

Loew og forskningsassistenter Corey Acker og Ping Yan har dedikeret meget af deres karriere til at udvikle og karakterisere fluorescerende sonder af membranpotentiale som spændingsfølsomme farvestoffer. Teamet har endda leveret deres patenterede hurtige farvestoffer til medforskere i de sidste 30 år, men de blev først for nylig interesseret i at kommercialisere deres arbejde.

For at lære mere om videnskaben om iværksætteri, de udnyttede flere af UConn's hjemmelavede programmer. Loew og Ackers første skridt i iværksætteri begyndte i efteråret 2016, da de blev optaget på UConn's National Science Foundation (NSF) I-Corps websted, Fremskynd UConn. De krediterer programmet med at give dem et solidt fundament til at evaluere deres teknologi og forretningsstrategi.

Lanceret i 2015, Accelerate UConn sigter mod at fremskynde flere universitetsteknologier langs kommercialiseringskontinuumet. I regi af kontoret for vicepræsidenten for forskning og Connecticut Center for Entrepreneurship and Innovation (CCEI), Accelerate UConn giver deltagerne små frøtilskud og omfattende iværksætteruddannelse.

"Dr. Loews erfaring er et glimrende eksempel på, hvordan UConn kan omdanne højpotentielle akademiske opdagelser til levedygtige produkter og tjenester med den rigtige uddannelse, "siger Radenka Maric, UConn's vicepræsident for forskning. "Accelerate UConn hjælper vores fremtrædende fakultet med at flytte deres ideer ud over laboratoriet, så de kan slutte sig til rækken af ​​andre succesfulde Connecticut -iværksættere og brancheledere, og har indflydelse i vores lokalsamfund og på statsøkonomien. "

Acker siger, at programmet også hjalp dem med at identificere en spændende ny markedsmulighed rettet mod farmaceutiske virksomheder. Disse virksomheder har brug for farvestoffer, der er både hurtige og følsomme til screening af potentielle terapeutiske mål med høj kapacitet. Ved lægemiddelscreening med høj kapacitet, forskere opretter særlige cellelinjer, og brug derefter avanceret udstyr til robotisk at anvende forskellige lægemidler på roterende fade af celler. Cellerne farves med et spændingsfølsomt farvestof, der viser enhver ændring i membranpotentiale eller spænding efter lægemiddelpåføring med ændringer i fluorescens. Acker vurderer, at farmaceutiske virksomheder og kontraktforskningsorganisationer (CRO'er) bruger over $ 10, 000 på disse farvestoffer for hvert ugelangt studie.

Farvestofferne, som Loew, Acker, og Yan Develop vil også give lægemiddelvirksomheder mulighed for at reagere på nye regler for screening af hjertesikkerhed fra Food and Drug Administration kaldet CiPA (den omfattende in vitro Proarrythmia -analyse).

CiPA -reglerne sigter mod at etablere bedre måder at opdage bivirkninger af nye lægemidler, der kan forårsage hjertearytmi. I en vigtig komponent i CiPA, screening afsluttes i hjerteceller med et realistisk elektrisk hjerteslag. Loew-teamets hurtigtfølsomme farvestoffer kunne tilbyde lægemiddelvirksomheder mere effektive muligheder end der er tilgængelige i øjeblikket. Da CiPA gælder for alle nye terapier fra vægttab til allergimedicin, Loew og Acker forventer stor efterspørgsel efter deres teknologi.

"Vi tiltrådte oprindeligt Accelerate UConn -programmet for at lære at bygge en virksomhed, så vi kunne sælge vores eksisterende hurtige farvestoffer til andre forskere som os. I stedet for vi endte med at opdage et helt nyt kundesegment med større potentiale og mere presserende behov, "siger Acker." Vi føler os heldige at have haft mulighed for at deltage i dette elite -program baseret lige her på UConn. "

Gain Outside Input

Ved at følge en af ​​Accelerer UConn's vigtigste principper for at "komme ud af bygningen, "Acker gennemførte snesevis af interviews med eksperter fra industrien, der bruger VSD'er til lægemiddelscreening. De udtrykte alle et behov for farvestoffer med forbedret følsomhed, hurtigere hastighed, og færre uønskede interaktioner eller toksicitet med de celler, der testes.

Loew og hans team var overbeviste om, at de kunne levere.

Loew, Acker, og Yans nye farvestoffer forbedrer de nuværende sensorer, der bruges til lægemiddelscreening, som involverer et tokomponentsystem og energioverførsel mellem komponenterne. Forskerne producerer farvestoffer, der bruger et nyt VSD -system, hvor energioverførsel er mere effektiv, resulterer i hurtigere, mere følsom, og mindre giftige farvestoffer.

Loew siger, at støtte fra UConn's iværksætterprogrammer var afgørende for at omdanne deres første opdagelse fra projekt til produkt.

"Vi lærte så meget af disse programmer, og vi høster stadig fordelene, "siger Loew." Målretning mod den rigtige kunde hjalp os med at få yderligere forskningsmidler gennem UConn's SPARK Technology Commercialization Fund, og opfordrede os til at danne en opstart, Potentiometriske prober, at fremme vores produkt mod markedet.

"Vi har leveret VSD'er til hundredvis af hjerte- og neurovidenskabslaboratorier i over 30 år, "tilføjer han." Vi håber, at potentiometriske prober kan sikre, at dette fortsætter, især nu, hvor efterspørgslen er stor, og nye kommercielle applikationer dukker op. "

Teamet er i øjeblikket ved at udvikle et nyt websted, der vil være en ressource for forskere, der bruger disse spændingsbilledteknikker. Når den er lanceret, vil den være tilgængelig på www.potentiometrics.com.

Ser til fremtiden

Gennem deres UConn SPARK Technology Commercialization -finansiering, teamet har været i stand til at udvikle og teste to nye farvestoffer, og de har konceptualiseret et par yderligere muligheder. En af deres nuværende prototyper er yderst lovende, Siger Loew.

Loew og Acker fortsætter med at optimere deres farvestoffer og forfølge efterfinansiering til kommercialisering af deres produkter gennem NSF's Small Business Innovation Research (SBIR) -program og BiopipelineCT, som administreres af Connecticut Innovations.

De er også fortsat med at vokse som iværksættere ved at deltage i CCEI Summer Fellowship. Potentiometriske prober blev udnævnt til finalist i dette program, og vil konkurrere om yderligere $ 15, 000 præmie i Wolff New Venture Competition, administreres også af CCEI.

Teammedlemmerne håber, at deres farvestoffer en dag vil få stor indflydelse på både medicinalindustrien og andre universitetsforskere.

"Som akademikere, "siger Loew, "vi tænker ikke rigtigt på penge. Vi er bare glade for at gøre vores videnskab og håber, at det en dag hjælper mennesker. Men i betragtning af behovene hos en slutbruger ud over andre forskere vil det potentielt føre til større vedtagelse af vores opdagelser, mere finansiering til vores projekter, og i sidste ende flere videnskabelige gennembrud. Det er en kulturændring, der er værd at overveje. "