Med en liten justering av färgpaletten, University of Virginia School of Medicine forskare har gjort det lättare för forskare att förstå biologiska processer, spåra händelser inuti enskilda celler, reda ut sjukdomens mysterier och utveckla nya behandlingar.

UVA:s Hui-wang Ai, Ph.D., och Shen Zhang, Ph.D., har utvecklat en enkel och effektiv förbättring av fluorescerande "biosensorer" som ofta används inom vetenskaplig och medicinsk forskning. Biosensorerna upptäcker specifika mål inuti celler och sätter dem glödande, så att forskare kan övervaka och kvantifiera biologiska händelser som de annars inte skulle kunna.

De flesta fluorescerande proteinbiosensorer ger ett grönt eller gult sken, men Ai och Zhang har upptäckt ett sätt att flytta grönt till rött. Detta kommer med stora fördelar, inklusive att göra det lättare för forskare att övervaka flera mål samtidigt och att titta djupare in i vävnader.

"Denna innovativa metod kan inte bara omvandla befintliga biosensorer, men även alla gröna biosensorer som utvecklas i framtiden, "Ai sa. "Multicolor och/eller multiplexerad avbildning med fluorescerande biosensorceller kommer därmed att bli allmänt tillgängliga."

Lyser vägen

Även om det finns befintliga röda biosensorer, de överträffas vanligtvis av sina gröna motsvarigheter. Så forskare har varit ivriga att hitta sätt att ändra den gröna färgen till röd, behålla fördelarna med de gröna sensorerna samtidigt som man lägger till nya, som att minska den visuella förvirring som kan orsakas av den naturliga fluorescensen av vävnader och celler.

Ai och Zhang hittade en lösning delvis genom ett lyckokast - eller "serendipity, " som de beskriver det i en ny vetenskaplig artikel. Under deras vanliga labbarbete, de fann att lägga till en viss aminosyra, 3-aminotyrosin, den gröna biosensorn gjorde att den blev röd. Detta är enkelt att göra och ganska effektivt, de rapporterar. Den röda versionen bevarade ljusstyrkan, dynamiskt omfång och känslighet för den gröna sensorn, samtidigt som den erbjuder de extra fördelarna med en röd.

"Vi modifierade en panel med gröna biosensorer för metalljoner, neurotransmittorer och cellmetaboliter, ", sa Zhang. "Spontan och effektiv omvandling av grönt till rött observerades för alla testade biosensorer, och lite optimering på individuella sensorer behövdes."

Forskarna testade sin förbättrade biosensor på celler som gör insulin i bukspottkörteln. De kunde övervaka effekten av höga nivåer av glukos på cellerna, få nya insikter och ge forskarna nya vägar att utforska.

De hoppas att deras snabba och enkla sensoruppgradering kommer att erbjuda liknande fördelar för många andra forskare och vetenskapliga forskningslinjer.

"Det kommer att ha många applikationer, "Ai sa, "såsom acceleration av vår förståelse av hur bukspottkörteln kontrollerar insulinutsöndringen eller hur neuronala aktivitetsmönster i hjärnan korrelerar med komplext beteende."