Senzorii fluorescenți contribuie la observarea diabetului în acțiune
Cercetători de la Universitatea Bath au dezvoltat sonde moleculare fluorescente capabile să detecteze schimbările nivelurilor de glucoză în interiorul organismelor vii, oferind astfel noi metode de vizualizare a absorbției zaharurilor și studiere a diabetului, cancerului și altor boli metabolice în timp real.
Carbohidrații, precum glucoza, au roluri esențiale în metabolismul energetic și în diabet, însă monitorizarea acestora în țesuturile vii reprezintă o provocare științifică majoră.
Echipa interdisciplinară a conceput sonde moleculare fluorescente care combină substanțe chimice numite acizi boronici, ce se leagă selectiv de zaharuri, cu tehnologiile avansate de imagistică capabile să vizualizeze comportamentul molecular în interiorul sistemelor vii.
Sondele au reușit să detecteze schimbările nivelurilor de glucoză atât în celule cultivate, cât și în peștii zebră vii.
„Lucrarea noastră demonstrează că sondele sintetice recunoscătoare pentru carbohidrați pot monitoriza procesele legate de glucoză în organismele vii în timp real”, a declarat Sofia I. Pascu, din Departamentul de Chimie al Universității. „Aceasta reprezintă un pas important către instrumente de generație următoare pentru investigarea tulburărilor metabolice și dezvoltarea tehnologiilor de diagnosticare de precizie.”
În cadrul cercetării, sondele au fost combinate cu tehnica avansată de imagistică prin microscopia de fluorescență cu durată de viață multiphoton (MP-FLIM), care măsoară schimbările subtile în durata de viață a semnalului de fluorescență, în loc să se concentreze doar pe strălucire. Această abordare a permis echipei să cartografieze vizual care celule absorb și utilizează zaharuri în timp real, în cadrul unui sistem viu.
Pentru a testa eficacitatea tehnologiei în organism, echipa a folosit pești zebră, un model organism utilizat frecvent 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 de glucoză.
De asemenea, aceeași abordare a fost utilizată cu succes pentru a distinge între peștii zebră cu deficit de insulină, purtând o mutație similară diabetului, și frații lor sănătoși.
Peștii diabetici au prezentat o fluorescență semnificativ redusă din cauza nivelurilor ridicate de glucoză, demonstrând astfel capacitatea sondei de a detecta schimbările de glucoză în cadrul unui organism vertebrat viu.
Dr. David Gurevich a declarat: „Rezultatele noastre arată că sondele fluorescente sintetice pe bază de acizi boronici pot raporta fluctuațiile glucozei cauzate atât de expunerea externă la zahăr, cât și de prezența unui organism viu deficient în insulină. Acest lucru ar putea oferi cercetătorilor o nouă modalitate de a conecta schimbările de glucoză cu efectele biologice ale bolilor metabolice și altor afecțiuni.”
Pe lângă monitorizarea glucozei, cercetătorii cred că platforma ar putea fi adaptată pentru a detecta alți carbohidrați biologic importanți și markeri metabolici. Deoarece metabolismul anormal al carbohidraților este un semn distinctiv al bolilor, inclusiv diabetul și multe tipuri de cancer, tehnologia ar putea sprijini, în cele din urmă, diagnosticarea timpurie, descoperirea de medicamente și strategii de tratament personalizate.
Prin combinarea chimiei supramoleculare, fotonicii avansate și modelelor biologice, am creat o platformă versatilă pentru imagistica proceselor metabolice în timp real. Această lucrare demonstrează puterea combinării chimiei, biologiei și imagisticii avansate pentru a obține noi perspective asupra sistemelor vii. Acum explorăm cum aceste tehnologii ar putea fi dezvoltate în continuare pentru aplicații terapeutice și instrumente viitoare de screening pentru medicamente.”
Cercetarea reflectă o colaborare internațională și interdisciplinară, implicând biologi, fizicieni și chimiști de la Universitatea Bath, Universitatea Birmingham, Universidad Autónoma de Madrid, Consiliul Național de Cercetare Spaniol (CSIC) și Laboratorul Rutherford Appleton STFC.
Echipa a inclus și pe regretatul profesor John S. Fossey de la Universitatea Birmingham, care a fost o figură de frunte în chimia acizilor boronici și recunoașterea moleculară; contribuția sa a fost esențială în conturarea acestui proiect și a multor studii conexe.
Publicația, în revista Advanced Science, reprezintă un omagiu adus moștenirii sale științifice și impactului durabil asupra colegilor, studenților și colaboratorilor din domeniu.
