Levande toner av gult, orange, och rött rör sig i vågor över skärmen. Även om displayen ser ut som psykedelisk konst, det ger faktiskt mycket teknisk medicinsk information-den elektriska aktiviteten hos ett bankande hjärta färgat med spänningskänsliga färgämnen för att testa för skada eller sjukdom.

Dessa spänningskänsliga färgämnen utvecklades och patenterades av UConn Health-forskare, som nu har börjat kommersialisera sin produkt för såväl industri som akademiskt bruk.

Elektriska signaler eller spänningar är grundläggande för hjärnans och hjärtvävnadens naturliga funktion, och störd elektrisk signalering kan vara en orsak eller följd av skada eller sjukdom. Det är inte möjligt att direkt mäta membranets elektriska aktivitet med elektroder för läkemedelsscreening eller diagnostisk avbildning på grund av deras lilla storlek. För att synliggöra den elektriska potentialen, forskare använder fluorescerande spänningssensorer, även känd som spänningskänsliga färgämnen eller VSD, som gör celler, vävnader, eller hela organ tänds och gör att de kan mätas med mikroskop.

Alla färgämnen svarar inte på spänningsförändringar på samma sätt, och det finns en gemensam avvägning mellan deras känslighet och hastighet. Långsammare färgämnen kan användas för läkemedelsscreening med hög känslighet, men de kan inte mäta egenskaperna hos snabba aktionspotentialer i vissa vävnader, som hjärtceller. Snabba färgämnen kan användas för att avbilda åtgärdspotentialer, men de kräver dyrt, anpassad instrumentering, och är inte tillräckligt känsliga för kristallklara resultat på enskilda celler.

Professor i cellbiologi och chef för UConn's Center for Cell Analysis &Modeling, Leslie Loew och hans team har utvecklat nya snabba färgämnen som också är mycket känsliga, eliminerar avvägningen mellan hastighet och känslighet.

Moving Ideas Beyond the Lab

Loew och forskningsmedarbetare Corey Acker och Ping Yan har ägnat mycket av sin karriär åt att utveckla och karakterisera fluorescerande sonder för membranpotential som spänningskänsliga färgämnen. Teamet har till och med levererat sina patenterade snabbfärger till medforskare under de senaste 30 åren, men de blev nyligen intresserade av att kommersialisera sitt arbete.

För att lära dig mer om vetenskapen om entreprenörskap, de utnyttjade flera av UConn's hemodlade program. Loew och Ackers första steg i entreprenörskap började hösten 2016, när de antogs till UConn's National Science Foundation (NSF) I-Corps webbplats, Snabba UConn. De krediterar programmet med att ge dem en solid grund för att utvärdera deras teknik och affärsstrategi.

Lanserades 2015, Accelerate UConn syftar till att framgångsrikt avancera mer universitetsteknik längs kommersialiseringskontinuumet. Under regi av Office of the Vice President for Research och Connecticut Center for Entrepreneurship and Innovation (CCEI), Accelerate UConn ger deltagarna små fröbidrag och omfattande entreprenörsutbildning.

"Dr Loews erfarenhet är ett utmärkt exempel på hur UConn kan omvandla högpotentiella akademiska upptäckter till livskraftiga produkter och tjänster med rätt utbildning, "säger Radenka Maric, UConn's vice president för forskning. "Accelerera UConn hjälper vår främsta fakultet att flytta sina idéer bortom labbet så att de kan gå med i andra framgångsrika Connecticut -entreprenörer och branschledare, och har en inverkan i våra samhällen och på statsekonomin. "

Acker säger att programmet också hjälpte dem att identifiera en spännande ny marknadsmöjlighet riktad mot läkemedelsföretag. Dessa företag behöver färgämnen som är både snabba och känsliga för hög genomströmning av potentiella terapeutiska mål. Vid läkemedelsscreening med hög genomströmning, forskare skapar speciella cellinjer, och sedan använda avancerad utrustning för att robotiskt applicera olika läkemedel på roterande skålar av celler. Cellerna färgas med ett spänningskänsligt färgämne som visar alla förändringar i membranpotential eller spänning efter läkemedelsapplikation med förändringar i fluorescens. Acker uppskattar att läkemedelsföretag och kontraktsforskningsorganisationer (CRO) spenderar över $ 10, 000 på dessa färgämnen för varje veckolång studie.

Färgämnena som Loew, Acker, och Yan utveckla kommer också att tillåta läkemedelsföretag att reagera på nya regler för screening av hjärtsäkerhet från Food and Drug Administration som heter CiPA (den omfattande in vitro Proarrythmia -analysen).

CiPA -föreskrifter syftar till att etablera bättre sätt att upptäcka biverkningar av nya läkemedel som kan orsaka hjärtarytmi. I en nyckelkomponent i CiPA, screening avslutas i hjärtceller med en realistisk elektrisk hjärtslag. Loew-teamets snabbkänsliga färgämnen kan erbjuda läkemedelsföretag mer effektiva alternativ än vad som för närvarande finns. Eftersom CiPA gäller alla nya behandlingar från viktminskningsläkemedel till allergimedicin, Loew och Acker räknar med stor efterfrågan på sin teknik.

"Vi gick ursprungligen med i Accelerate UConn -programmet för att lära oss hur man bygger ett företag så att vi kan sälja våra befintliga snabbfärger till andra forskare som oss. Istället slutade vi med att upptäcka ett helt nytt kundsegment med större potential och mer akut behov, "säger Acker." Vi känner oss lyckliga att ha fått möjlighet att delta i detta elitprogram baserat just här på UConn. "

Få utåt ingång

Genom att följa en av Accelerera UConn:s viktigaste principer för att "komma ut ur byggnaden, "Acker genomförde dussintals intervjuer med experter från industrin som använder VSD för screening av läkemedel. De uttryckte alla ett behov av färgämnen med förbättrad känslighet, snabbare hastighet, och färre oönskade interaktioner eller toxicitet med cellerna som testas.

Loew och hans team var övertygade om att de kunde leverera.

Loew, Acker, och Yans nya färgämnen förbättrar de nuvarande sensorerna som används för läkemedelsscreening, som innefattar ett tvåkomponentsystem och energiöverföring mellan komponenterna. Forskarna producerar färgämnen som använder ett nytt VSD -system där energiöverföring är mer effektiv, resulterar i snabbare, mer känslig, och mindre giftiga färgämnen.

Loew säger att stödet från UConn's entreprenörskapsprogram var avgörande för att omvandla deras första upptäckt från projekt till produkt.

"Vi lärde oss så mycket av dessa program, och vi skördar fortfarande fördelarna, "säger Loew." Att rikta in oss på rätt kund hjälpte oss att få ytterligare forskningsfinansiering genom UConn's SPARK Technology Commercialization Fund, och uppmuntrade oss att starta, Potentiometriska prober, för att avancera vår produkt mot marknaden.

"Vi har levererat VSD till hundratals hjärt- och neurovetenskapliga forskningslaboratorier i över 30 år, "tillägger han." Vi är hoppfulla att potentiometriska prober kommer att försäkra att detta fortsätter, särskilt nu när efterfrågan är hög och nya kommersiella tillämpningar dyker upp. "

Teamet utvecklar för närvarande en ny webbplats som kommer att vara en resurs för forskare som använder dessa spänningsteknik. När den väl är lanserad kommer den att finnas tillgänglig på www.potentiometrics.com.

Ser mot framtiden

Genom sin UConn SPARK Technology Commercialization -finansiering, laget har kunnat utveckla och testa två nya färgämnen, och de har konceptualiserat några ytterligare möjligheter. En av deras nuvarande prototyper är extremt lovande, Säger Loew.

Loew och Acker fortsätter att optimera sina färgämnen och fortsätter finansiering för att kommersialisera sina produkter genom NSF:s Small Business Innovation Research (SBIR) -program och BiopipelineCT, som administreras av Connecticut Innovations.

De har också fortsatt att växa som entreprenörer genom att delta i CCEI Summer Fellowship. Potentiometriska prober utsågs till finalist i detta program, och kommer att tävla om ytterligare $ 15, 000 pris i Wolff New Venture Competition, administreras också av CCEI.

Teammedlemmarna hoppas att deras färgämnen en dag kommer att få stor inverkan för både läkemedelsindustrin och andra universitetsforskare.

"Som akademiker, "säger Loew, "vi tänker inte riktigt på pengar. Vi är bara glada över att göra vår vetenskap och hoppas att det en dag hjälper människor. Men med tanke på behoven hos en slutanvändare utöver andra forskare kan det potentiellt leda till ett större antagande av våra upptäckter, mer finansiering för våra projekt, och i slutändan fler vetenskapliga genombrott. Det är en kulturförändring som är värd att överväga. "