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.

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.

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, che è l'unico sito NSF I-Corps nello stato. Attribuiscono al programma il merito di aver fornito loro una solida base per valutare la loro tecnologia e la strategia aziendale.

"L'esperienza del Dr. Loew è un ottimo esempio di come il programma NSF I-Corp possa 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 di successo e leader del settore, e avere un impatto nelle nostre comunità e sull'economia".

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.

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. I loro nuovi coloranti 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. Recentemente hanno sviluppato e testato due nuovi coloranti, e hanno concettualizzato alcune possibilità aggiuntive. Uno dei loro attuali prototipi è estremamente promettente, Loew dice.

Il team ha formato una startup, Sonde Potenziometriche, ospitato nel programma di incubazione tecnologica di UConn, continuare i loro sforzi di commercializzazione.