Et-atoms switch overlader fluorescerende farvestoffer

Det tog kun udskiftningen af ​​et atom for Rice University-forskere at give nye kræfter til biokompatible fluorescerende molekyler.

Kemikeren Han Xiaos ris-laboratorium rapporterede i Journal of the American Chemical Society det har udviklet en enkelt-atom-switch til at tænde og slukke for fluorescerende farvestoffer, der bruges i biologisk billeddannelse, efter eget ønske.

Teknikken vil muliggøre billeddannelse i høj opløsning og dynamisk sporing af biologiske processer i levende celler, væv og dyr.

Rislaboratoriet udviklede en minimalt modificeret sonde, der kan udløses af en bred vifte af synligt lys. Den patenterede proces kunne erstatte eksisterende fotoaktiverbare fluoroforer, der kun må aktiveres med ultraviolet lys eller kræver giftige kemikalier for at tænde for fluorescensen, egenskaber, der begrænser deres anvendelighed.

Forskerne udnyttede et fænomen kendt som foto-induceret elektronoverførsel (PET), som allerede var kendt for at slukke fluorescerende signaler.

De anbringer fluoroforer i bure af thiocarbonyl, den del, der er ansvarlig for slukning. Med et-trins organisk syntese, de erstattede et iltatom i buret med et af svovl. Det gjorde det muligt for dem at inducere PET-effekten til at standse fluorescens.

At udløse komplekset igen med synligt lys nær det fluorescerende molekyles foretrukne absorbans oxiderede buret igen. Det slog svovlet ud og erstattede det med et oxygenatom, genoprette fluorescens.

"Alt det kræver at lave disse er lidt kemi og et skridt, " sagde Xiao, som sluttede sig til Rice i 2017 med finansiering fra Cancer Prevention and Research Institute of Texas (CPRIT). "Vi demonstrerede i avisen, at det fungerer det samme for en række fluorescerende farvestoffer. Grundlæggende én reaktion løser en masse problemer."

Forskere verden over bruger fluorescerende molekyler til at mærke og spore celler eller elementer i celler. Aktivering af tags med svagt synligt lys i stedet for ultraviolet er meget mindre skadeligt for de celler, der undersøges, Xiao sagde, og muliggør den lange eksponering af levende celler, der kræves ved billeddannelse i superopløsning. Superopløsningseksperimenter af Theodore Wensel, Robert A. Welch-lærestolen i kemi ved Baylor College of Medicine, og hans hold bekræftede deres evner, han sagde.

"Vi føler, at dette vil være en rigtig god sonde til billeddannelse af levende celler, " sagde Xiao. "Folk bruger også fotoaktiverbart farvestof til at spore dynamikken i proteiner, for at se hvor og hvor langt og hvor hurtigt de rejser. Vores arbejde var at give en enkel, generel måde at generere dette farvestof på."

Forskerne fandt ud af, at deres teknik virkede på en lang række almindelige fluorescerende tags og endda kunne blandes til flerfarvebilleddannelse af målrettede molekyler i en enkelt celle.