Kemiluminescens, eller kemiskt ljus, är principen bakom glow sticks (även kallade light sticks) som används på rockkonserter och som snabba verktyg att ta tag i när strömmen går. Men de kan också användas för att diagnostisera sjukdomar genom att identifiera koncentrationer av biologiska prover. En ny mekanism utvecklad av Tel Aviv University forskare producerar en 3, 000 gånger ljusare, vattenbeständig kemiluminescerande sond med särskild tillämpning för medicinsk diagnos och cancerdiagnos.

Forskningen fann att justering av den elektroniska strukturen hos nuvarande sonder förbättrar deras inneboende fluorescens. Detta kan leda till uppfinningen av ett nytt enkomponentsystem med flera applikationer – inklusive detektion och mätning av cellulär aktivitet som pekar på vissa patologier, såsom cancer. Studien publicerades nyligen i ACS Central Science .

"Kemiluminescens anses vara en av de mest känsliga metoderna som används vid diagnostiska tester, " sa professor Doron Shabat från TAU:s School of Chemistry, som ledde forskningen. "Vi har utvecklat en metod för att framställa högeffektiva föreningar som avger ljus vid kontakt med ett specifikt protein eller kemikalie. Dessa föreningar kan användas som molekylära sonder för att upptäcka cancerceller, bland andra applikationer."

Fixar ett fel

Forskningen, genomförd i samarbete med Dr. Christoph Bauer från Genèves universitet, reparerar en energiförlust "glitch" i nuvarande kemiluminescerande sonder. De flesta system använder en blandning av en emittermolekyl som detekterar arten av intresse, och ytterligare två ingredienser - en fluorofor och en tvålliknande substans som kallas ett ytaktivt ämne - som förstärker signalen till detekterbara nivåer. Men energi går förlorad i överföringsprocessen från emittermolekylen till fluoroforen, och ytaktiva ämnen är inte biokompatibla.

"Som syntetiska kemister, vi visste hur man kopplar samman struktur och funktion, " sade Prof. Shabat. "Genom att lägga till två nyckelatomer, vi skapade en mycket ljusare sond än de som för närvarande finns på marknaden. Dessutom, denna speciella molekyl är lämplig för direkt användning i celler."

Baserat på denna molekyl, forskarna utvecklade sensorer för att upptäcka flera biologiskt relevanta kemikalier. De använde också den kemiluminescerande molekylen för att mäta aktiviteten hos flera enzymer och för att avbilda celler genom mikroskopi.

"Detta ger oss en ny kraftfull metod med vilken vi kan förbereda högeffektiva kemiluminescenssensorer för detektion, avbildning och analys av olika cellaktiviteter, " sa Prof. Shabat. Forskarna undersöker för närvarande sätt att förstärka kemiluminescensen hos de nya sonderna för in vivo-avbildning.