«Многие заболевания связаны с проблемами с функциями лизосом», — говорит Цзинтуо Чжан, докторант по химии в Технологическом институте штата Мичиган. Чжан и его советник Хайин Лю разработали новые зонды, по сути, химические красители, которые освещают структуры лизосом флуоресценцией.«Эти типы лизосомальных зондов реагируют на pH, и это дает нам более четкое представление о здоровье клетки», — говорит Чжан.Реакция на различные кислотные условия в лизосомах — уникальная особенность новых зондов.
Это важно, потому что небольшие изменения pH могут отражать гораздо более серьезные проблемы. В настоящее время немногие коммерчески доступные флуоресцентные лизосомные зонды чувствительны к pH.
Кроме того, флуоресценция близка к инфракрасной. Это означает, что зонды излучают свет, который может проникать глубже, чем коммерческие красители, что улучшает био-визуализацию структур лизосом.Эти красители обладают минимальной токсичностью.
Как и химиотерапия, визуализация лизосом требует определенных затрат — химические вещества могут быть токсичными. Команда снизила токсичность, создав новые молекулы — процесс, называемый синтезом.«Создание молекулы — это искусство, а синтез — наш инструментарий», — объясняет Чжан. Он продолжает описывать молекулы, созданные командой, используя ядро дипиррометена бора, или BODIPY.
Карбоновые кольца составляют основную часть BODIPY, как трехногий табурет. Рабочая часть активной зоны представляет собой участок с плавлеными углеродными кольцами, азотом, бором и фторидом. Затем края BODIPY модифицируются пиперазиновыми кольцами. Наконец, команда соединила длинные цепочки.
В целом, зонд представляет собой длинноногую молекулу с центром в кольцах BODIPY, за которой тянутся гибкие углеродные цепочки, изогнутые с кислородом, которые выглядят как нити Toni Home Perm 1980-х годов.Эта химическая завивка на самом деле имеет решающее значение.
Цепи, богатые кислородом, делают молекулы более растворимыми в воде, что облегчает их воздействие на организм и при использовании биовизуализации. Затем добавление пиперазина нацелено именно на лизосомные клетки, позволяя ядру BODIPY выполнять свою работу в нужном месте и флуоресцировать.На флуоресцентных изображениях химические вещества выглядят как яркие цвета светящихся палочек.
«Когда мы увеличиваем изображение, мы видим четкие точечные структуры», — говорит Чжан, указывая, где зеленый и красный цвета сконцентрировались в округлых лизосомных структурах за пределами синего ядра.В идеале, объясняет он, команда хочет увидеть оранжевый цвет, который показывает, где их зонды и популярные коммерческие красители перекрываются в лизосомах.
Перекрытие хорошее, что указывает на то, что зонды действительно нацелены на правильную клеточную структуру. Ашутош Тивари, доцент химии в Технологическом институте штата Мичиган, особенно интересуется этими оранжевыми зонами.Тивари работал с Чжаном и Лю над применением синтезированных зондов и наблюдал за культурами клеток и тестированием.
Он говорит, что команда пытается уравновесить воздействие химического вещества на клетку, не теряя при этом ее нацеливание на лизосомы и флуоресцентную функцию.«Это была бы беспроигрышная ситуация, но на самом деле это действительно компромисс между определенными функциями», — говорит Тивари, добавляя, что низкая токсичность и особенности ближнего инфракрасного излучения являются определенными преимуществами.В настоящее время исследователи стремятся коммерциализировать свой продукт.
Они также планируют продолжить модификацию флуоресцентных зондов BODIPY, чтобы еще больше улучшить нацеливание на лизосомы и еще больше снизить токсичность.