Forskare vid ETH Zürich har utvecklat en molekyl som fluorescerar där ny vävnad bildas i kroppen. Förutom att hjälpa till att upptäcka tumörer, molekylen kan spela en betydande roll i forskning om sårläkningsstörningar.

Kollagen är det mest förekommande proteinet i människokroppen. Det utgör en tredjedel av proteininnehållet och enstaka strängar samlas för att bilda stabila fibrer som ger struktur åt bindväv som hud, senor, brosk och ben. Forskare vid ETH Zürich har nu utvecklat en multikomponentmolekyl som interagerar med kollagen och kan användas för att belysa ny vävnadstillväxt i kroppen.

Våra kroppar börjar producera mer kollagen när sår läker – eller när tumörer växer. Under denna process, de fibrösa kollagenmolekylerna tvärbinds för att skapa stabila fibrer. Detta kräver LOX-enzymer, som oxiderar vissa platser i kollagenmolekylerna. Senare, de kemiskt förändrade platserna på olika kollagensträngar reagerar med varandra, vilket gör att trådarna smälter samman.

Sensor kombinerad med funktionell peptid

Leds av professor Helma Wennemers, professor vid laboratoriet för organisk kemi vid ETH Zürich, forskarlaget utvecklade en sensormolekyl med inducerbar fluorescens. Molekylen i sig är inte fluorescerande, men efter att ha reagerat med LOX-enzymet, det börjar lysa. På det här sättet, sensormolekylen fungerar som en markör för LOX-aktivitet. Nästa, forskarna kombinerade denna molekyl med en kort fibrös peptid som liknar kollagen. De konjugerade denna peptid med en så kallad reaktiv grupp som reagerar med kollagen endast om det senare har oxiderats.

I samarbete med forskare från gruppen ledd av Sabine Werner, Professor i cellbiologi, forskarna genomförde experiment med möss vars hud hade injicerats med flerkomponentmolekylen. De utförde även in vitro-experiment med vävnadssnitt. Deras undersökningar visade att molekylen förankrar sig till kollagenfibrer där ny vävnad bildas. Och den lyser upp när ny vävnad börjar växa och LOX-enzymet bildas. "Tack vare sin modulära design med tre komponenter - sensorn, peptiden och den reaktiva gruppen – vårt system är exceptionellt specifikt och exakt, " säger Matthew Aronoff, senior forskare i Wennemers grupp och huvudförfattare till studien.

Tillämpningar inom onkologi och sårläkning

Eftersom ny vävnad främst bildas vid kanterna av tumörer när de växer, en ansökan om den nya molekylen är biopsiundersökningar för att visa gränserna för en tumör. "En av våra visioner är att kirurger en dag kommer att använda den här molekylen i en operationssal när de tar bort en tumör, " säger Wennemers. Molekylen skulle visa kirurger gränsen för tumören och hjälpa dem att ta bort den helt.

Andra potentiella tillämpningar för den nya markörmolekylen är inom sårläkning, till exempel för att undersöka vävnadsbildning i allmänhet eller läkningsrubbningar hos patienter som lider av diabetes eller andra sjukdomar. Sådana frågor tas också upp inom ramen för det tvärvetenskapliga hudforskningsprojektet Skintegrity, som ETH Zürich är involverad i.

Efter att ha ansökt om patent för deras system, forskarna undersöker för närvarande olika alternativ för att få ut den på marknaden och utveckla den för ett bredare spektrum av tillämpningar.