È bastata la sostituzione di un atomo agli scienziati della Rice University per dare nuovi poteri alle molecole fluorescenti biocompatibili.

Il laboratorio di riso del chimico Han Xiao ha riportato nel Giornale della Società Chimica Americana ha sviluppato un interruttore a singolo atomo per accendere e spegnere a piacimento i coloranti fluorescenti utilizzati nell'imaging biologico.

La tecnica consentirà l'imaging ad alta risoluzione e il monitoraggio dinamico dei processi biologici nelle cellule viventi, tessuti e animali.

Il laboratorio Rice ha sviluppato una sonda minimamente modificata che può essere attivata da un'ampia gamma di luce visibile. Il processo brevettato potrebbe sostituire i fluorofori fotoattivabili esistenti che possono essere attivati ​​solo con la luce ultravioletta o richiedono sostanze chimiche tossiche per attivare la fluorescenza, caratteristiche che ne limitano l'utilità.

I ricercatori hanno sfruttato un fenomeno noto come trasferimento di elettroni fotoindotto (PET), che era già noto per estinguere i segnali fluorescenti.

Mettono i fluorofori in gabbie di tiocarbonile, la parte responsabile dell'estinzione. Con la sintesi organica in un solo passaggio, hanno sostituito un atomo di ossigeno nella gabbia con uno di zolfo. Ciò ha permesso loro di indurre l'effetto PET per spegnere la fluorescenza.

L'attivazione di nuovo del complesso con la luce visibile vicino all'assorbanza preferita della molecola fluorescente ha a sua volta ossidato la gabbia. Questo ha eliminato lo zolfo e lo ha sostituito con un atomo di ossigeno, ripristino della fluorescenza.

"Tutto ciò che serve per realizzarli è un po' di chimica e un passo, " disse Xiao, che si è unito alla Rice nel 2017 con il finanziamento del Cancer Prevention and Research Institute of Texas (CPRIT). "Abbiamo dimostrato nel documento che funziona allo stesso modo per una gamma di coloranti fluorescenti. Fondamentalmente, una reazione risolve molti problemi."

I ricercatori di tutto il mondo utilizzano molecole fluorescenti per contrassegnare e tracciare cellule o elementi all'interno delle cellule. L'attivazione dei tag con luce visibile a bassa potenza piuttosto che con ultravioletti è molto meno dannosa per le cellule studiate, Xiao ha detto, e rende possibili le lunghe esposizioni delle cellule viventi richieste dall'imaging a super risoluzione. Esperimenti di super risoluzione di Theodore Wensel, la cattedra Robert A. Welch in chimica presso il Baylor College of Medicine, e la sua squadra hanno confermato le loro capacità, Egli ha detto.

"Riteniamo che questa sarà un'ottima sonda per l'imaging delle cellule viventi, " Xiao ha detto. "Le persone usano anche coloranti fotoattivabili per monitorare la dinamica delle proteine, per vedere dove e quanto lontano e quanto velocemente viaggiano. Il nostro lavoro è stato quello di fornire un semplice, modo generale per generare questo colorante."

I ricercatori hanno scoperto che la loro tecnica ha funzionato su un'ampia gamma di tag fluorescenti comuni e potrebbe persino essere miscelata per l'imaging multicolore di molecole mirate in una singola cellula.