Toni vibranti di giallo, arancia, e il rosso si muovono a ondate sullo schermo. Sebbene il display sembri arte psichedelica, in realtà fornisce informazioni mediche altamente tecniche:l'attività elettrica di un cuore pulsante macchiato di coloranti sensibili al voltaggio per testare lesioni o malattie.

Questi coloranti sensibili alla tensione sono stati sviluppati e brevettati dai ricercatori di UConn Health, che ora hanno intrapreso la commercializzazione del loro prodotto per l'industria e l'uso accademico.

I segnali elettrici o le tensioni sono fondamentali nella funzione naturale del cervello e del tessuto cardiaco, e la segnalazione elettrica interrotta può essere una causa o una conseguenza di lesioni o malattie. La misurazione diretta dell'attività elettrica delle membrane con gli elettrodi non è possibile per lo screening dei farmaci o l'imaging diagnostico a causa delle loro dimensioni ridotte. Per rendere visibile il potenziale elettrico, i ricercatori utilizzano sensori di tensione fluorescenti, noti anche come coloranti sensibili alla tensione o VSD, che fanno le cellule, tessuti, o interi organi si illuminano e consentono di misurarli con i microscopi.

Non tutti i coloranti rispondono alle variazioni di voltaggio allo stesso modo, e c'è un compromesso comune tra la loro sensibilità e velocità. I coloranti più lenti possono essere utilizzati per lo screening dei farmaci con elevata sensibilità, ma non possono misurare le caratteristiche dei potenziali d'azione rapidi in alcuni tessuti, come le cellule cardiache. I coloranti veloci possono essere utilizzati per visualizzare i potenziali d'azione, ma richiedono costosi, strumentazione personalizzata, e non sono abbastanza sensibili per risultati cristallini su singole cellule.

Professore di biologia cellulare e direttore del Center for Cell Analysis &Modeling di UConn, Leslie Loew e il suo team hanno sviluppato nuovi coloranti veloci che sono anche altamente sensibili, eliminando il compromesso velocità/sensibilità.

Idee in movimento oltre il laboratorio

Loew e gli associati di ricerca Corey Acker e Ping Yan hanno dedicato gran parte della loro carriera allo sviluppo e alla caratterizzazione di sonde fluorescenti del potenziale di membrana come i coloranti sensibili al voltaggio. Il team ha persino fornito i propri coloranti rapidi brevettati ad altri ricercatori negli ultimi 30 anni, ma solo di recente si sono interessati alla commercializzazione del loro lavoro.

Per saperne di più sulla scienza dell'imprenditorialità, hanno approfittato di molti dei programmi locali di UConn. Il primo passo di Loew e Acker nell'imprenditorialità è iniziato nell'autunno del 2016, quando furono accettati nel sito I-Corps della National Science Foundation (NSF) di UConn, Accelera UConn. Attribuiscono al programma il merito di aver fornito loro una solida base per valutare la loro tecnologia e la strategia aziendale.

Lanciato nel 2015, Accelerate UConn mira a far avanzare con successo più tecnologie universitarie lungo il continuum di commercializzazione. Sotto gli auspici dell'Ufficio del Vicepresidente per la ricerca e del Connecticut Center for Entrepreneurship and Innovation (CCEI), Accelerate UConn offre ai partecipanti piccole sovvenzioni iniziali e una formazione imprenditoriale completa.

"L'esperienza del Dr. Loew è un ottimo esempio di come UConn può trasformare scoperte accademiche ad alto potenziale in prodotti e servizi fattibili con la giusta formazione, "dice Radenka Maric, Vicepresidente per la ricerca di UConn. "Accelerate UConn aiuta la nostra eminente facoltà a spostare le loro idee oltre il laboratorio in modo che possano unirsi ai ranghi di altri imprenditori e leader del settore di successo del Connecticut, e avere un impatto nelle nostre comunità e sull'economia statale".

Acker afferma che il programma li ha anche aiutati a identificare una nuova entusiasmante opportunità di mercato rivolta alle aziende farmaceutiche. Queste aziende hanno bisogno di coloranti che siano sia veloci che sensibili per lo screening ad alto rendimento di potenziali bersagli terapeutici. Nello screening dei farmaci ad alto rendimento, gli scienziati creano linee cellulari speciali, e quindi utilizzare apparecchiature avanzate per applicare roboticamente diversi farmaci a piatti rotanti di cellule. Le cellule sono colorate con un colorante voltaggio-sensibile che mostra qualsiasi cambiamento nel potenziale di membrana o nel voltaggio dopo l'applicazione del farmaco con cambiamenti nella fluorescenza. Acker stima che le aziende farmaceutiche e le organizzazioni di ricerca a contratto (CRO) spendano più di $ 10, 000 su questi coloranti per ogni settimana di studio.

I coloranti che Loew, Acker, e Yan sviluppare consentirà inoltre alle aziende farmaceutiche di rispondere alle nuove normative sullo screening della sicurezza cardiaca della Food and Drug Administration chiamate CiPA (il saggio completo per la proaritmia in vitro).

I regolamenti CiPA mirano a stabilire modi migliori per rilevare gli effetti collaterali di nuovi farmaci che potrebbero causare un'aritmia cardiaca. In un componente chiave del CiPA, lo screening viene completato nelle cellule cardiache con un battito cardiaco elettrico realistico. I coloranti a sensibilità rapida del team di Loew potrebbero offrire alle aziende farmaceutiche opzioni più efficaci di quelle attualmente disponibili. Poiché il CiPA si applica a tutte le nuove terapie, dai farmaci per la perdita di peso ai farmaci per le allergie, Loew e Acker prevedono una forte domanda per la loro tecnologia.

"Inizialmente abbiamo aderito al programma Accelerate UConn per imparare come costruire un business in modo da poter vendere i nostri coloranti veloci esistenti ad altri scienziati come noi. Invece, abbiamo scoperto un segmento di clientela completamente nuovo con un potenziale maggiore e un bisogno più urgente, " dice Acker. "Ci sentiamo fortunati ad aver avuto l'opportunità di partecipare a questo programma d'élite basato proprio qui a UConn."

Ottenere input dall'esterno

Seguendo uno dei principi più importanti di Accelerate UConn di "uscire dall'edificio, " Acker ha condotto decine di interviste con esperti del settore che utilizzano i VSD per lo screening dei farmaci. Tutti hanno espresso la necessità di coloranti con una maggiore sensibilità, maggiore velocità, e meno interazioni o tossicità indesiderate con le cellule in fase di test.

Loew e il suo team erano fiduciosi di potercela fare.

Loew, Acker, e i nuovi coloranti di Yan migliorano gli attuali sensori utilizzati per lo screening dei farmaci, che comportano un sistema a due componenti e il trasferimento di energia tra i componenti. I ricercatori producono coloranti che utilizzano un nuovo sistema VSD in cui il trasferimento di energia è più efficiente, risultando più veloce, più sensibile, e coloranti meno tossici.

Loew afferma che il supporto dei programmi di imprenditorialità di UConn è stato fondamentale nel trasformare la loro scoperta iniziale da progetto a prodotto.

"Abbiamo imparato tanto da questi programmi, e stiamo ancora raccogliendo i frutti, ", afferma Loew. "Rivolgersi al cliente giusto ci ha aiutato a ottenere ulteriori finanziamenti per la ricerca attraverso lo SPARK Technology Commercialization Fund di UConn, e ci ha incoraggiato a formare una startup, Sonde Potenziometriche, per far avanzare il nostro prodotto verso il mercato.

"Forniamo VSD a centinaia di laboratori di ricerca cardiaci e neuroscientifici da oltre 30 anni, " aggiunge. "Siamo fiduciosi che le sonde potenziometriche assicureranno che questo continui, soprattutto ora che la domanda è alta e stanno emergendo nuove applicazioni nel settore commerciale".

Il team sta attualmente sviluppando un nuovo sito Web che sarà una risorsa per i ricercatori che utilizzano queste tecniche di imaging del voltaggio. Una volta lanciato, sarà accessibile su www.potentiometrics.com.

Guardando al futuro

Attraverso il loro finanziamento per la commercializzazione della tecnologia UConn SPARK, il team è stato in grado di sviluppare e testare due nuovi coloranti, e hanno concettualizzato alcune possibilità aggiuntive. Uno dei loro attuali prototipi è estremamente promettente, Loew dice.

Loew e Acker continuano a ottimizzare i loro coloranti e a perseguire ulteriori finanziamenti per commercializzare i loro prodotti attraverso il programma Small Business Innovation Research (SBIR) di NSF e BiopipelineCT, che è amministrato da Connecticut Innovations.

Hanno anche continuato a crescere come imprenditori partecipando alla CCEI Summer Fellowship. Potentiometric Probes è stato nominato finalista in questo programma, e competeranno per ulteriori $ 15, 000 premio al concorso Wolff New Venture, amministrato anche da CCEI.

I membri del team sperano che un giorno i loro coloranti avranno un impatto importante sia per l'industria farmaceutica che per i colleghi ricercatori universitari.

"Come accademici, "dice Loew, "non pensiamo davvero ai soldi. Siamo solo felici di fare la nostra scienza e speriamo che un giorno aiuti le persone. Ma considerare le esigenze di un utente finale al di là di altri scienziati porterà potenzialmente a una maggiore adozione delle nostre scoperte, più fondi per i nostri progetti, e in definitiva più scoperte scientifiche. È un cambiamento culturale che vale la pena considerare".