Senzori fluorescenți pentru studierea diabetului în organisme vii
Cercetătorii de la Universitatea din Bath au dezvoltat sonde moleculare fluorescente capabile să detecteze variațiile nivelului de glucoză în interiorul organismelor vii, oferind oamenilor de știință o metodă nouă de a vizualiza absorbția zaharurilor și de a studia diabetul, cancerul și alte boli metabolice în timp real. Rezultatele au fost publicate în revista Advanced Science.
Deși glucidele precum glucoza joacă un rol esențial în metabolismul energetic și în diabet, monitorizarea lor în țesuturile vii rămâne o provocare științifică majoră. Echipa interdisciplinară a proiectat sonde moleculare fluorescente care combină substanțe chimice numite acizi boronici, ce se leagă selectiv de zaharuri, cu tehnologii avansate de imagistică capabile să vizualizeze comportamentul molecular în sistemele vii.
Sondele au reușit să detecteze modificări ale nivelului de glucoză atât în celule cultivate, cât și în peștii zebră vii. „Munca noastră demonstrează că sondele sintetice care recunosc carbohidrații pot monitoriza procesele legate de glucoză în organismele vii în timp real”, a declarat profesoara Sofia I. Pascu, de la Departamentul de Chimie al universității și unul dintre autorii corespondenți ai studiului. „Acesta reprezintă un pas important spre instrumente de generație următoare pentru investigarea tulburărilor metabolice și dezvoltarea tehnologiilor de diagnostic de precizie.”
Cercetătorii au combinat sondele cu microscopia de imagistică a duratei de viață a fluorescenței multiphotonice (MP-FLIM), o tehnică avansată care măsoară modificările subtile ale duratei de viață a semnalului fluorescent, în loc să măsoare simpla luminozitate. Această abordare a permis echipei să cartografieze vizual ce celule absorb și utilizează zaharurile în timp real, în interiorul unui sistem viu.
Pentru a testa dacă tehnologia funcționează in vivo, echipa a folosit pești zebră, un organism model utilizat pe scară largă în cercetarea metabolică. Mai multe sonde s-au acumulat puternic în sistemul digestiv al larvelor de pește zebră, unde fluorescența lor s-a modificat ca răspuns la o provocare externă cu glucoză. Aceeași abordare a permis și distingerea cu succes a peștilor zebră cu deficiență de insulină, purtători ai unei mutații asemănătoare diabetului, de frații lor sănătoși. Peștii diabetici au prezentat o fluorescență semnificativ redusă din cauza nivelurilor ridicate de glucoză, demonstrând capacitatea sondei de a detecta modificările glucozei într-un organism vertebrate viu.
„Rezultatele noastre arată că sondele fluorescente sintetice pe bază de acid boronic pot raporta fluctuațiile glucozei cauzate atât de expunerea externă la zahăr, cât și de deficiența de insulină într-un organism viu”, a declarat dr. David Gurevich, autor corespondent și cercetător Sir Henry Dale Wellcome Trust în Departamentul de Științe ale Vieții al universității. „Acest lucru ar putea oferi cercetătorilor o modalitate nouă de a conecta modificările glucozei cu efectele biologice ale bolilor metabolice și ale altor afecțiuni.”
Dincolo de monitorizarea glucozei, cercetătorii consideră că platforma ar putea fi adaptată pentru a detecta și alte carbohidrați importanți din punct de vedere biologic și markeri metabolici. Deoarece metabolismul anormal al carbohidraților este o caracteristică definitorie a bolilor precum diabetul și multe forme de cancer, tehnologia ar putea susține în cele din urmă diagnosticarea timpurie, descoperirea de medicamente și strategiile de tratament personalizate.
„Combinând chimia supramoleculară, fotonica avansată și modelele biologice, am creat o platformă versatilă pentru imagistica proceselor metabolice în timp real”, a adăugat profesorul Tony D. James, autor corespondent. „Această lucrare demonstrează puterea combinării chimiei, biologiei și imagisticii avansate pentru a obține noi perspective asupra sistemelor vii. Explorăm acum modul în care aceste tehnologii ar putea fi dezvoltate în continuare pentru aplicații teranostice și viitoare instrumente de screening al medicamentelor.”
Cercetarea reflectă o colaborare interdisciplinară și internațională care a implicat biologi, fizicieni și chimiști de la Universitatea din Bath, Universitatea din Birmingham, Universidad Autónoma de Madrid, Consiliul Național de Cercetare Spaniol (CSIC) și Laboratorul Rutherford Appleton al STFC. Echipa l-a inclus pe regretatul profesor John S. Fossey de la Universitatea din Birmingham, o figură de frunte în chimia acizilor boronici și recunoașterea moleculară, a cărui perspectivă și colaborare au contribuit la modelarea acestui proiect și a multor studii conexe.
