I årtionden, forskare har använt fluorescerande sonder för att upptäcka molekyler, övervaka cellulär aktivitet och leverera läkemedel inuti celler. Sonder baserade på en förening som kallas naftalimid är särskilt populära eftersom de enkelt kan tillverkas i stora mängder och deras fluorescens kan justeras genom att ändra deras beståndsdelatomer. Men de absorberas vanligtvis av celler endast i små mängder, vilket hämmar deras effektivitet. Dessutom, lite är känt om hur de passerar cellmembranet för att nå inuti.

I en ny studie forskare från Indian Institute of Science (IISc) har hittat ut ett sätt att öka cellupptaget av sådana fluorescerande prober. De fann att att helt enkelt ersätta två väteatomer med jod i deras struktur dramatiskt ökar mängden som transporteras in i däggdjursceller - upp till 98 procent. Jodatomerna visade sig bilda en speciell typ av bindning, känd som halogenbindning, med en specifik transportör i cellmembranet, vilket gjorde att sonden lättare kunde glida igenom membranet.

Fyndet erbjuder en ny strategi för att designa sonder som kan tas upp av celler mer effektivt, författarna föreslår. Det avslöjar också för första gången varför närvaron av jod i biologiska föreningar som sköldkörtelhormoner är viktig. "Detta kan ge en ledtråd om varför naturen valde jod för sådana föreningar. När de innehåller jod, de tas lätt upp av cellerna, " säger seniorförfattaren G. Mugesh, Professor, Institutionen för oorganisk och fysikalisk kemi, IISc.

Mugeshs team designade flera naftalimidbaserade sonder och testade effekten av att ersätta några av väteatomerna i deras struktur med halogenatomer (klor, brom och jod). För föreningar utan någon substitution, mängden som transporterades in i cellen var ganska låg (~ 5-8 procent). Cellupptaget ökade något när klor- och bromatomer tillsattes (upp till 15 procent respektive 22 procent). När två jodatomer lades till strukturen, upptaget ökade drastiskt – 98 procent av substansen absorberades i cellen.

Teamet fann att de två jodatomerna bildade starka halogenbindningar med ett transportprotein i cellmembranet som heter MCT8 som sedan förde molekylen över membranet. Detta tyder på att även biologiska föreningar som innehåller jod förmodligen använder en liknande transportör och mekanism för att komma in i celler, säger Mugesh.

Eftersom MCT8 är känt för att spela en viktig roll i transporten av hormoner som tyroxin, sådana sonder kan hjälpa till att analysera membranaktivitet och spåra hormonupptag, han lägger till. Till exempel, tyroxin (T4), hormonet som utsöndras av sköldkörteln, måste transporteras in i cellen från blodet, där det konverteras till T3, den aktiva formen. "Det finns ingen sond för att förstå hur mycket T4 som transporteras inuti cellerna. Generellt, det mäts med hjälp av radioaktivt jod, " säger Mugesh. "Men vår metod är en enkel fluorescerande metod, som inte använder några radioaktiva föreningar, för att ta reda på om MCT8 fungerar korrekt eller inte, och om hormonupptaget påverkas eller inte."

Det finns även andra möjliga tillämpningar. Vissa föreningar som används i livsmedelsförpackningar och brandskyddsmedel, till exempel, innehåller höga halter av jod och andra halogener, som är kända för att gå in i celler och påverka sköldkörtelnivåerna. "För att blockera inträdet av dessa föreningar, specifika inhibitorer krävs. Dessa sonder kan vara användbara för att designa inhibitorer för att blockera deras inträde, säger Mugesh.