En ny typ av icke -toxisk fluorescerande sond kan göra det mycket lättare att upptäcka lågt pH i levande celler.

Människokroppen engagerar sig i en stram gång för att hålla rätt pH, för när våra cellers syra-alkaliska balans går fel, det kan gå fel i stort.

Onormalt pH - särskilt onormalt låg, surt pH - är en markör för sjukdomar som sträcker sig från cystisk fibros, stroke och reumatoid artrit mot cancer och Alzheimers. Nu, Michigan Technological University -kemisten Haiying Liu har utvecklat nya verktyg som kan göra det mycket lättare att upptäcka lågt pH i levande celler. Upptäckten är i fokus för en ny studie publicerad i ACS -sensorer .

Mätning av surhet

För att mäta pH, forskare och medicinsk personal använder fluorescerande färgämnen, kallas sonder, som lyser i sura förhållanden när det aktiveras av fluorescerande ljus. Proberna används för diagnostisk avbildning - för att visualisera blodkärl och matsmältningskanalen, till exempel - och de kan hjälpa kirurger att ta bort sjuk vävnad, inklusive tumörer. Dock, dessa sonder är inte perfekta.

Problemen härrör från det högenergiljus som de behöver för att lysröra. Ljus vid dessa våglängder tänder inte bara på sonden; det kan också få biologiska strukturer att lysa som glödpinnar. Denna autoluminescens gör det svårt att se skillnaden mellan sonden och de omgivande vävnaderna. Högenergiljus kan till och med skada celler och få sondens första glans att blekna i mörker, en process som kallas fotoblekning.

För att åtgärda dessa problem, du skulle behöva en sond som fungerar med låg energi, nära-infrarött ljus. Så kemiprofessor Liu och hans team utvecklade två av dem.

Dessa sonder har mycket att göra med dem. De utsätts inte för fotoblekning och autoluminescens. Plus, eftersom nära-infrarött ljus kan tränga djupt in i vävnader, de skulle kunna ge forskare och läkare en bättre titt inuti kroppen.

Sött och fluorescerande

Kemi för de två sonderna var inspirerad av rodamin, som har använts i bioteknikapplikationer i decennier. "Men problemet med rodamin är att det kan skada celler, "Liu sa." Vi behövde en sond som var kompatibel med levande vävnader. "

Så, Lius team sötade nästa generations prober med ett enkelt socker som finns i många frukter:mannos. "Vi introducerade sockret för att göra sonderna vattenlösliga och mindre giftiga, "sa Liu." Det hjälper dem att tränga in i cellmembranen och gör dem mycket vänligare. "

Lius team utformade sina sonder för att avge ljus på två olika sätt. Först, de fluorescerar på konventionellt sätt när de utsätts för nära-infrarött ljus. Dessutom, de lyser i det nära infraröda spektrumet vid ännu lägre energier, tack vare en annan typ av kemiskt svar som kallas enkelfotonfrekvens upp-konvertering luminescens (FUCL).

Tester under båda typerna av ljus har varit lovande, visar att båda sonderna är mycket känsliga för pH och mycket skonsamma mot levande celler, även vid höga koncentrationer. Även om proberna är likartade kemiskt, en är något mer känslig för pH i cellkulturer.

Nästa, Liu kommer att studera hur väl de upptäcker lågt pH hos möss, i hopp om att sonderna kan hjälpa till att främja medicinsk vetenskap och till och med rädda liv.

En artikel om deras arbete "Luminescent Probes for Sensitive Detection of pH Changes in Live Cells through Two Near-Infrared Luminescence Channels, "publicerades online den 27 juni ACS -sensorer .