Die Forscher designen "biologische Taschenlampe" unter Verwendung der Lichterzeugungsfähigkeit von Garnelen | 2020

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Anonim

Die Forscher beschreiben das Design und die Entwicklung des neuen Biolumineszenz-Bildgebungsgeräts "LumiFluor" in einer im Journal veröffentlichten Studie Krebsforschung . Ihr Design adaptiert ein Enzym aus Tiefseegarnelen Oplophorus gracilirostris . Die Garnelen verwenden normalerweise dieses Enzym, das als Luciferase bezeichnet wird, um eine Wolke aus strahlend blauem Licht auszusenden und Raubtiere zu verwirren.

"Wir haben ein Bildgebungswerkzeug entwickelt, mit dem Forscher Krebszellen in verschiedenen Stadien der Tumorentwicklung leichter erkennen können", sagte der leitende Autor der Studie, Dr. Antonio "Tony" Amelio, Mitglied und Assistent von UNC Lineberger Professor an der School of Dentistry der Universität von North Carolina. "Dies bietet die Möglichkeit, das Ansprechen auf die Behandlung besser zu messen und neue therapeutische Interventionen effektiver zu gestalten."

In der Studie haben die Forscher gezeigt, dass dieses neue Instrument intensives Licht erzeugt, was es zu einem hochempfindlichen Instrument macht, das in präklinischen Studien zum Testen der Wirksamkeit von Krebsmedikamenten nützlich sein wird.

"Andere biolumineszierende Bildgebungsinstrumente sind verfügbar und werden seit Jahren verwendet. Was wir jedoch haben, ist jetzt um Größenordnungen empfindlicher, was bedeutet, dass Sie früher Informationen über die Wirksamkeit eines Prüfpräparats erhalten können", sagte Amelio.

Insbesondere überwindet ihr Design ein Problem mit anderen Bildgebungstechnologien, die üblicherweise fluoreszierende Proteine ​​verwenden, die von einer externen Lichtquelle wie einem Laser "eingeschaltet" werden müssen, bevor sie Licht erzeugen können. Diese externen Lichtquellen können Gewebe beschädigen und andere störende Lichtquellen erzeugen.

"Wir haben die Biolumineszenzeigenschaften einer modifizierten Oplophorus-Luciferase erfolgreich genutzt, um Licht zu erzeugen, mit dem fluoreszierende Proteine ​​aktiviert werden können", sagte Amelio.

Das LumiFluor-System nutzt die enzymatische Reaktion der Tiefseegarnelen, um Licht zu erzeugen, und kombiniert es mit einem zweiten fluoreszierenden Protein, das dieses Licht absorbiert und es dann bei einer anderen Wellenlänge abgibt. Aufgrund dieser Eigenschaft konnte die Gruppe Versionen des LumiFluor erstellen, die ein helles grünes oder orangefarbenes Licht abgeben. Licht mit diesen Wellenlängen kann das Gewebe effektiver durchdringen. Und da für enzymatische Reaktionen ein Substrat erforderlich ist, bei dem es sich um ein Molekül handelt, das die Reaktion aktiviert, kann das LumiFluor-System wie eine biologische Taschenlampe ein- oder ausgeschaltet werden, indem die Substratverfügbarkeit gesteuert wird.

Die Forscher arbeiteten mit Strukturbiologen zusammen, um die beiden Komponenten zusammenzukleben, und testeten dann die Helligkeit ihres kombinierten Systems im Vergleich zum Tiefseegarnelenenzym allein. Sie fanden heraus, dass der LumiFluor mindestens 10-mal heller als das Tiefseegarnelenenzym allein war und besser in das Gewebe eindringen konnte. Ihr System enthüllte leicht die Lokalisierung von Krebszellen, einschließlich derer, die metastasiert waren.

"Das Interesse an Biolumineszenz-Lichtquellen für eine Vielzahl spannender Anwendungen wächst", sagte Amelio.

Abgesehen von präklinischen Studien an Mäusen geht Amelio davon aus, dass das Instrument für eine Reihe von Anwendungen geeignet ist, einschließlich der Bemühungen, Chirurgen dabei zu helfen, die Tumorränder besser zu bestimmen.

Das Amelio-Labor verwendet diese neuen lichterzeugenden Instrumente bei der Erforschung von Speicheldrüsenkrebs sowie anderen Kopf- und Halskrebserkrankungen, um die frühen Stadien der Erkrankung besser zu verstehen.

"In unseren präklinischen Modellen für Kopf- und Halskrebs können wir, wenn wir in der Lage sind, die sehr frühen Stadien der Krankheit besser zu verstehen, möglicherweise diese Informationen verwenden, um einen Biomarker zu identifizieren, mit dem wir Krankheiten bei menschlichen Patienten früher diagnostizieren können als normalerweise möglich ", sagte Amelio.