Enzymer, nödvändiga för normala cellulära och fysiologiska funktioner, är inblandade i olika sjukdomar som cancer och diabetes på grund av deras onormala aktivitet. Därför är spårning av enzymaktivitet en värdefull strategi för diagnos och övervakning av sjukdomar. Konventionella bildtekniker begränsas av behovet av kontrastmedel, låg känslighet och spatio-temporal upplösning.

För att övervinna dessa begränsningar undersöker forskare alltmer fluorescerande sonder för icke-invasiv och realtidsvisualisering av enzymdynamik och motsvarande sjukdomsstatus.

I en ny översiktsartikel har forskare från Korea sammanfattat de senaste framstegen inom utvecklingen av enzymaktiverade nära-infraröda (NIR) fluorescerande prober och deras olika tillämpningar inom biomedicinsk forskning och medicin. Ge ytterligare insikt i deras artikel, huvudförfattarna,

Professor Jun-Seok Lee från Korea University College of Medicine och professor Juyoung Yoon från Ewha Womans University i Korea, förklarade:"Medan konventionell biomarkörundersökning bygger på den jämförande uttrycksnivån för ett målenzym, återspeglar den inte enzymatisk aktivitet. Enzymaktiverad fluorescerande prober kan hjälpa till att övervaka dynamiken i enzymaktivitet in vitro och in vivo."

Översiktsartikeln publicerades i Trends in Analytical Chemistry .

Enzymaktiverade fluorescerande prober består primärt av tre komponenter:en fluorofor som avger fluorescens vid aktivering, en länkare och en enzymigenkänningsenhet. När sonden stöter på målenzymet aktiverar den resulterande laddningen eller energiöverföringen NIR-fluoroforen och avger detekterbar fluorescens.

Författarna beskriver olika designstrategier för dessa anpassningsbara fluorescerande prober, med mångsidiga tillämpningar i studier inriktade på enzymer involverade i metaboliska processer, neurotransmission, celltillväxt, celldöd och andra nyckelprocesser.

NIR-fluorescerande prober används i stor utsträckning inom biomedicinsk avbildning för att visualisera celler och vävnader, och de ger mycket känsliga och realtidsmätningar av enzymaktivitet i celler såväl som djursjukdomsmodeller.

Deras selektivitet möjliggör detektering av avvikande enzymer som är specifika för vissa tumörer eller sjukdomar, vilket underlättar tidig och differentiell diagnos. Dessutom används de för att skissera tumörmarginaler eller specifika vävnader, vägleda kirurgisk resektion och lovar att bedöma terapeutiska svar på enzyminriktade terapier. Dessutom sträcker sig deras tillämpningar till miljöavkänning, livsmedelssäkerhet, vatten- och luftanalys.

Enzymaktiverade fluorescerande prober erbjuder hög specificitet och känslighet, utmärkt biokompatibilitet, användarvänlighet och avstämbara egenskaper, vilket gör dem till värdefulla tillgångar inom biomedicinsk forskning och hälsovård. Ytterligare studier kan hjälpa till vid utformningen av multi-target fluorescerande prober som kan skilja mellan olika celltyper och hjälpa till med klinisk forskning, diagnostik, sjukdomsövervakning och behandlingar. Sammantaget har dessa sonder betydande potential att revolutionera hälso- och sjukvården.

Denna recension förbättrar vår förståelse av fluorescerande prober och lägger grunden för framtida forskning som kan utöka deras tillämpningar. Författarna avslutar med att säga:"Onormal enzymaktivitet är ett kännetecken för flera sjukdomar. NIR-fluorescerande sonder kan användas som molekylära verktyg för visualisering och kvantifiering av sådana biomarkörer. Även om betydande framsteg har gjorts i deras utveckling, behövs ytterligare studier för att bredda dem. deras biotillämpningar."

Mer information: Hyunsun Jeong et al, Nya framsteg inom enzymaktiverade NIR-fluorescerande prober för biologiska tillämpningar, Trender i analytisk kemi (2023). DOI:10.1016/j.trac.2023.117335

Tillhandahålls av Korea University College of Medicine