Firefly bagliore: Scienziati sviluppano una sonda di perossido di idrogeno sulla base di luciferina lucciola

Maggio 14, 2016 Admin Salute 0 0
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"Riportiamo la progettazione, la sintesi, e in applicazioni vivo di perossi Caged Luciferin-1 (PCL-1), una sonda bioluminescente chemoselective per la rilevazione in tempo reale di perossido di idrogeno all'interno di animali vivi", dice Christopher Chang, un chimico che detiene appuntamenti con divisione del Berkeley Lab Scienze Chimiche e Dipartimento di Chimica della UC Berkeley, così come l'Howard Hughes Medical Institute.

Chang è il corrispondente autore di un articolo negli Atti della National Academy of Science (PNAS), che descrive questa ricerca. Co-creazione con Chang erano Genevieve Van de Bittner, Elena Dubikovskaya e Carolyn Bertozzi.




La sonda PCL-1 è costituito da una molecola luciferina emettitori di luce racchiuso all'interno di una gabbia molecolare di acido boronico. L'acido boronico reagisce selettivamente con molecole di perossido di idrogeno per rilasciare la luciferina, innescando una risposta bioluminescente in presenza di luciferasi di lucciola. Per i loro studi, Chang ei suoi co-autori hanno lavorato con topi transgenici che portavano il gene della luciferasi lucciola.

"L'elevata sensibilità e selettività della sonda PCL-1 per il perossido di idrogeno, in combinazione con le proprietà favorevoli della bioluminescenza per l'imaging in vivo, offrono una tecnologia unica per monitorare variazioni fisiologiche dei livelli di perossido di idrogeno in tempo reale," dice Chang. "Questo offre opportunità di sezionare i contributi disparati di perossido di idrogeno per la salute, l'invecchiamento e la malattia."

Il perossido di idrogeno è un disinfettante della natura. Le cellule producono questo piccolo ma altamente reattivo molecola di uccidere gli agenti patogeni invasori. Svolge inoltre un ruolo critico nella segnalazione cellulare che è essenziale per la crescita, lo sviluppo e il benessere fisico degli esseri umani e di altri organismi. Tuttavia, over-produzione di perossido di idrogeno nelle cellule è il segno di stress ossidativo e l'infiammazione, ed è stato collegato alla comparsa e l'avanzamento del cancro e il diabete, e numerose malattie cardiovascolari e neurodegenerative.

Chang e il suo gruppo hanno dimostrato che il perossido di idrogeno può servire come un agente di segnalazione altamente efficace per l'imaging in vivo. A tal fine, hanno sviluppato una serie di tag perossido di idrogeno fluorescenti per l'inseguimento di piccole molecole metaboliti dell'ossigeno in cellule viventi, tessuti e organismi. Con la nuova sonda PCL-1, sono stati in grado di studiare topi con tumori della prostata e le fluttuazioni dei monitor di perossido di idrogeno generato da cellule cancerose in base alla quantità di luce emessa dalla sonda.

"La sonda PCL-1 ci permette di studiare la chimica in animali vivi, come i tumori e il progresso di altre malattie", dice Chang. "Possiamo usare la sonda per guardare allo stesso mouse su tempo per vedere come vedere come terapie e trattamenti influenzano la sua fisiologia, senza dover fare biopsie o sacrificare l'animale. Si tratta di un significativo passo avanti rispetto alle precedenti sonde perossido di idrogeno."

Oltre a fare nessun danno per l'animale, Chang e il suo gruppo hanno voluto una sonda in grado di rilevare i segnali simultaneamente perossido di idrogeno da più regioni o l'intero organismo. Hanno anche voluto una sonda che potrebbe rilevare segnali intracellulari, e non preferivano dovere rimuovere pelo o pelle per rilevare un segnale da un tessuto specifico di interesse. Hanno scelto di perseguire bioluminescenza per le sue proprietà favorevoli per l'imaging in vivo.

"Il fatto che in natura lucciole usano l'enzima luciferina di comunicare dalla luce ci ha ispirato per adattare questa stessa strategia per la diagnostica pre-clinica", dice Chang. "Bioluminescenza dalla trasformazione catalitica di luciferina di lucciola dal enzima luciferasi di lucciola presenta un elevato rendimento per la produzione di fotoni e una frequenza di emissione 612 nanometri che fornisce un segnale bioluminescente rilevabile in tutti gli organi di un mouse. La sonda PCL-1 è abbastanza piccolo per viaggiare attraverso il corpo di un topo andits reazione luminescente rosso spostato con luciferasi permette di penetrazione del segnale profondo del tessuto con una lettura ottica. "

Chang ei suoi colleghi stanno lavorando per migliorare la sensibilità della sonda PCL-1. Vorrebbero anche per affinare la loro metodologia di essere in grado di esaminare contemporaneamente più biomarcatori.

Questo lavoro è stato supportato in parte dal National Institute of scienze mediche generali in National Institutes of Health.

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