Ett forskarlag i Asien har utvecklat en metod för att spåra, eller 'spårning', celler som övervinner begränsningarna med befintliga metoder. Teamets fluorescerande organiska spårämnen kommer att ge forskare ett icke-invasivt verktyg för att kontinuerligt spåra biologiska processer under långa perioder. Tillämpningar för spårämnena inkluderar efter karcinogenes eller utvecklingen av interventioner såsom stamcellsterapier.

Bin Liu och Ben Zhong Tang från A*STAR Institute of Materials Research and Engineering i Singapore och deras medarbetare utvecklade sonder sammansatta av ett litet antal molekyler som aggregerar. Aggregeringen innebär att sonderna har mer detekterbar fluorescens och mindre läckage än det som tillhandahålls av enkelmolekylära sonder. Viktigt, istället för att "blinka", lagets spårämnen visar stadig fluorescens, och innehåller inte tungmetalljoner som kan vara giftiga för levande system.

Jämfört med deras befintliga oorganiska motsvarigheter, teamets kolbaserade spårämnen visar större kemisk stabilitet och förbättrad biokompatibilitet med cellbiokemi. De är också mer motståndskraftiga mot ljusblekning och stör inte normala biokemiska processer. Vidare, de fluorescerande signalerna som sänds ut av sonderna överlappar inte signalen som naturligt emitteras av celler.

De spårämnen som utvecklats av Liu, Tang och deras kollegor är exempel på "kvantprickar", eftersom de är sammansatta av ett litet antal molekyler med optiska egenskaper som är beroende av kvantmekaniska effekter. Tekniskt, de kallas aggregationsinducerade emissionspunkter (AIE-punkter) eftersom de blir fotostabila och högeffektiva fluorescerande strålare när deras komponentmolekyler aggregeras.

Sammansättningen av AIE-prickarna började med syntesen av organiska molekyler, specifikt 2, 3-bis(4-(fenyl (4-(1, 2, 2-trifenylvinyl)fenyl)amino)fenyl)fumaronitril (TPETPAFN), som forskarna sedan kapslade in i en olöslig lipidbaserad matris. Nästa, forskarna bifogade små peptidmolekyler härrörande från humant immunbristvirus (HIV) för att utnyttja dessa peptiders förmåga att främja effektivt upptag av AIE-prickar i levande celler.

"Våra AIE-punkter kunde spåra isolerade mänskliga bröstcancerceller in vitro i 10 till 12 generationer och gliomtumörceller in vivo i möss i 21 dagar, " säger Liu. "De överträffar befintliga kommersiella oorganiska kvantprickar, och öppna en ny väg i utvecklingen av avancerade fluorescerande sönder för att följa biologiska processer såsom karcinogenes, stamcellstransplantation och andra cellbaserade terapier."

Framtida arbete av Liu, Tang och medarbetare kommer att sträva efter att bredda tillämpningen av de organiska spårämnena för deras användning i samband med magnetisk resonans och kärnavbildningstekniker.