Vibrerande 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 har utvecklats och patenterats av UConn Health-forskare, som nu har börjat kommersialisera sin produkt för industri såväl som akademiskt bruk.

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

Alla färgämnen reagerar 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 snabbverkanspotentialer i vissa vävnader, som hjärtceller. Snabba färgämnen kan användas för att avbilda aktionspotentialer, men de kräver dyra, skräddarsydd instrumentering, och är inte tillräckligt känsliga för kristallklara resultat på enskilda celler.

Professor i cellbiologi och chef för UConns 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.

Loew och forskarkollegorna Corey Acker och Ping Yan har ägnat mycket av sina karriärer åt att utveckla och karakterisera fluorescerande prober med membranpotential som spänningskänsliga färgämnen. Teamet har till och med tillhandahållit sina patenterade snabba färgämnen till andra forskare under de senaste 30 åren, men de blev först nyligen intresserade av att kommersialisera sitt arbete.

Loew och Ackers första steg in i entreprenörskap började hösten 2016, när de antogs till UConns National Science Foundation (NSF) I-Corps-webbplats, Accelerera UConn, som är den enda NSF I-Corps-platsen i staten. De krediterar programmet för att ge dem en solid grund för att utvärdera sin teknik och affärsstrategi.

"Dr. Loews erfarenhet är ett utmärkt exempel på hur NSF I-Corp-programmet kan omvandla akademiska upptäckter med hög potential till livskraftiga produkter och tjänster med rätt utbildning, " säger Radenka Maric, UConns vicepresident för forskning. "Accelerate UConn hjälper vår framstående fakultet att flytta sina idéer bortom labbet så att de kan ansluta sig till andra framgångsrika entreprenörer och industriledare, och ha en inverkan i våra samhällen och på ekonomin."

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 screening med hög genomströmning av potentiella terapeutiska mål. Vid screening av läkemedel med hög genomströmning, forskare skapar speciella cellinjer, och sedan använda avancerad utrustning för att robotiskt applicera olika droger på roterande cellskålar. Cellerna färgas med ett spänningskänsligt färgämne som visar varje förändring i membranpotential eller spänning efter läkemedelsapplicering 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 svara på nya regler för screening av hjärtsäkerhet från Food and Drug Administration som kallas CiPA (den omfattande in vitro proarrythmia-analysen).

CiPA-reglerna syftar till att etablera bättre sätt att upptäcka biverkningar av nya läkemedel som kan orsaka hjärtarytmi. I en nyckelkomponent i CiPA, screening slutförs i hjärtceller med ett realistiskt elektriskt hjärtslag. Loew-teamets snabbkänsliga färgämnen kan erbjuda läkemedelsföretagen mer effektiva alternativ än vad som är tillgängliga för närvarande. Eftersom CiPA gäller alla nya terapier från viktminskningsläkemedel till allergimediciner, Loew och Acker förväntar sig stor efterfrågan på sin teknik.

Acker genomförde dussintals intervjuer med experter från industrin som använder VSD för drogscreening. De uttryckte alla ett behov av färgämnen med förbättrad känslighet, högre hastighet, och färre oönskade interaktioner eller toxicitet med cellerna som testas.

Loew och hans team var övertygade om att de kunde leverera. Deras nya färgämnen förbättrar de nuvarande sensorerna som används för drogscreening, som innebär ett tvåkomponentsystem och energiöverföring mellan komponenterna. Forskarna producerar färgämnen som använder ett nytt VSD-system där energiöverföringen är mer effektiv, vilket resulterar i snabbare, känsligare, och mindre giftiga färgämnen. Nyligen har de utvecklat och testat två nya färgämnen, och de har konceptualiserat några ytterligare möjligheter. En av deras nuvarande prototyper är extremt lovande, säger Loew.

Teamet har bildat en startup, Potentiometriska sonder, inrymt i UConns Technology Incubation Program, att fortsätta sina ansträngningar för kommersialisering.