Un nuovo tipo di sonda fluorescente non tossica potrebbe rendere molto più facile rilevare il pH basso nelle cellule viventi.

Il corpo umano è impegnato in una costante camminata sul filo del rasoio per mantenere il giusto pH, perché quando l'equilibrio acido-alcalino delle nostre cellule va male, può andare storto in grande stile.

pH anomalo, in particolare anormalmente basso, pH acido:è un marker per malattie che vanno dalla fibrosi cistica, ictus e artrite reumatoide al cancro e al morbo di Alzheimer. Ora, Haiying Liu, chimico della Michigan Technological University, ha sviluppato nuovi strumenti che potrebbero rendere molto più facile rilevare il pH basso nelle cellule viventi. La scoperta è al centro di un nuovo studio pubblicato su Sensori ACS .

Misurare l'acidità

Per misurare il pH, ricercatori e personale medico utilizzano coloranti fluorescenti, chiamate sonde, che si illuminano in condizioni acide quando vengono attivate dalla luce fluorescente. Le sonde vengono utilizzate per la diagnostica per immagini, per visualizzare i vasi sanguigni e il tratto digestivo, per esempio, e possono aiutare i chirurghi a rimuovere il tessuto malato, compresi i tumori. Però, queste sonde non sono perfette.

I problemi derivano dalla luce ad alta energia di cui hanno bisogno per diventare fluorescenti. La luce a queste lunghezze d'onda non solo accende la sonda; può anche far brillare le strutture biologiche come bastoncini luminosi. Questa autoluminescenza rende difficile distinguere la sonda dai tessuti circostanti. La luce ad alta energia può persino danneggiare le cellule e far sì che la lucentezza iniziale della sonda svanisca nell'oscurità, un processo chiamato fotosbiancamento.

Per risolvere questi problemi, ti servirebbe una sonda che funzioni a bassa energia, luce del vicino infrarosso. Quindi il professore di chimica Liu e il suo team ne hanno sviluppati due.

Queste sonde hanno molto da offrire. Non sono soggetti a photobleaching e autoluminescenza. Più, poiché la luce del vicino infrarosso può penetrare in profondità nei tessuti, potrebbero dare a scienziati e medici uno sguardo migliore all'interno del corpo.

Dolce e Fluorescente

La chimica delle due sonde è stata ispirata dalla rodamina, che è stato utilizzato per decenni nelle applicazioni biotecnologiche. "Ma il problema con la rodamina è che può danneggiare le cellule, " Liu ha detto. "Avevamo bisogno di una sonda che fosse compatibile con i tessuti viventi".

Così, Il team di Liu ha addolcito le sue sonde di nuova generazione con uno zucchero semplice presente in molti frutti:il mannosio. "Abbiamo introdotto lo zucchero per rendere le sonde solubili in acqua e meno tossiche, " ha detto Liu. "Questo li aiuta a penetrare nelle membrane cellulari e li rende molto più amichevoli".

Il team di Liu ha progettato le sue sonde per emettere luce in due modi diversi. Primo, emettono fluorescenza in modo convenzionale se esposti alla luce del vicino infrarosso. Inoltre, brillano nello spettro del vicino infrarosso a energie ancora più basse, grazie a un diverso tipo di risposta chimica chiamata luminescenza a conversione di frequenza a singolo fotone (FUCL).

I test con entrambi i tipi di luce sono stati promettenti, dimostrando che entrambe le sonde sono altamente sensibili al pH e molto delicate per le cellule viventi, anche ad alte concentrazioni. Sebbene le sonde siano chimicamente simili, uno è leggermente più sensibile al pH nelle colture cellulari.

Prossimo, Liu studierà quanto bene rilevano il pH basso nei topi, nella speranza che le sonde possano aiutare a far progredire la scienza medica e persino salvare vite umane.

Un articolo sul loro lavoro "Sonde luminescenti per il rilevamento sensibile delle variazioni di pH nelle cellule vive attraverso due canali di luminescenza nel vicino infrarosso, " è stato pubblicato online il 27 giugno in Sensori ACS .