I ricercatori del Molecular Biosensor and Imaging Center (MBIC) della Carnegie Mellon University stanno aumentando la luminosità di un gruppo di sonde fluorescenti chiamate fluoromoduli che vengono utilizzate per monitorare le attività biologiche delle singole proteine ​​in tempo reale. Quest'ultimo progresso migliora la loro tecnologia dei moduli fluorurati facendola brillare di un ordine di grandezza più luminosa delle tipiche proteine ​​fluorescenti. I nuovi fluoromoduli sono da cinque a sette volte più luminosi della proteina fluorescente verde potenziata (EGFP), uno sviluppo che aprirà nuove strade alla ricerca.

In un articolo pubblicato online su Giornale della Società Chimica Americana , I ricercatori MBIC svelano una nuova classe di coloranti fluorogenici a base di dendron chiamati "dyedrons, " che amplificano il segnale emesso dai loro fluoromoduli.

"Utilizzando concetti presi in prestito dalla chimica, gli stessi concetti usati in cose come punti quantici e celle solari per la raccolta della luce, siamo riusciti a creare una struttura che si comporta come un'antenna, intensificando la fluorescenza dell'intero fluoromodulo, " ha detto Marcel Bruchez, professore associato di chimica e direttore del programma MBIC.

I fluoromoduli di MBIC sono costituiti da un colorante chiamato fluorogeno e da una proteina attivante il fluoro (FAP). La FAP è geneticamente espressa in una cellula e legata ad una proteina di interesse, dove rimane scuro fino a quando non entra in contatto con il suo fluorogeno associato. Quando la proteina e il colorante si legano, il complesso emette un bagliore fluorescente, consentendo ai ricercatori di tracciare facilmente la proteina sulla superficie cellulare e all'interno delle cellule viventi. I fluoromoduli sono unici in quanto non devono essere lavati via per l'etichettatura specifica, sono disponibili in uno spettro di colori, e sono più fotostabili di altre proteine ​​fluorescenti.

Per rendere più luminosi i fluoromoduli, i ricercatori hanno amplificato il segnale di una delle loro sonde esistenti. Hanno preso uno dei loro fluorogeni standard, verde malachite, e lo ha accoppiato con un altro colorante chiamato Cy3 in un complesso che i ricercatori hanno chiamato "dyedron". Il Dyedron si basa su un tipo speciale di struttura ad albero chiamata dendron, con una molecola verde malachite che funge da tronco e diverse molecole Cy3 che fungono da rami.

I due coloranti hanno spettri di emissione e assorbimento sovrapposti - Cy3 emette tipicamente energia a una lunghezza d'onda in cui il verde malachite assorbe energia - e questa sovrapposizione consente ai coloranti di trasferire energia in modo efficiente tra loro. Quando le molecole di colorante Cy3 vengono eccitate da una sorgente luminosa, come un laser, immediatamente "donano" la loro energia di eccitazione al verde malachite, amplificando il segnale emesso dal verde malachite.

Ogni Dyedron ha una dimensione di circa 1-2 nanometri e 3000 g/mol. Il molto luminoso, ma molto piccolo, le particelle di colorante consentono ai ricercatori di espandere la loro ricerca sull'imaging di cellule vive. In precedenza, quando si effettuano esperimenti di microscopia utilizzando proteine ​​fluorescenti, fluoromoduli e coloranti fluorescenti, se i ricercatori volessero aumentare la luminosità, aumenterebbero l'intensità del laser utilizzato per visualizzare le proteine ​​o etichettano la proteina studiata con numerose copie del tag fluorescente. Entrambi i metodi avevano il potenziale per alterare la biologia del sistema studiato, o attraverso l'energia più intensa proveniente dal laser o l'aumento di peso causato dai molteplici tag aggiunti alla proteina. Il nuovo approccio fornisce un singolo tag proteico compatto con potenziamento del segnale fornito solo ingrandendo modestamente la molecola di colorante mirata.

I ricercatori MBIC stanno attualmente utilizzando fluoromoduli per studiare le proteine ​​sulla superficie cellulare, e speriamo di portare la tecnologia all'interno delle celle nel prossimo futuro. Inoltre, creeranno coloranti per i loro altri complessi FAP/coloranti esistenti.