وبلاگ در باره پروب های فلورسنت جدید توانایی های تصویربرداری بیولوژیکی را افزایش می دهد

اگر تحقیقات علوم زیستی یک سفر به اعماق دریا بود، رنگ های فلورسنت به عنوان چراغ های عکاسی بودند که در تاریکی نفوذ می کردند تا اهداف را به طور دقیق پیدا کنند.در زمینه های پیچیده زیست شناسی مولکولی و تشخیص پزشکی، ساخت پروتئین های کوچک، آنتی بادی ها یا ساختارهای سلولی در محیط های پیچیده بیولوژیکی یک چالش اساسی برای محققان باقی می ماند.فلوروفورها کلید اصلی این چالش هستند، تحويل حرکات مولکولي نامرئي به سيگنال هاي نوري قابل تشخیص از طريق خواص فتوکيميايي منحصر به فرد آنهادر نتیجه پشتیبانی بصری ضروری را برای حل اسرار زندگی فراهم می کند.

منطق مولکولی فلورسنت: ساختار و نوردهی

رنگ های فلورسنت مواد ساده ای روشن کننده نیستند بلکه یک کلاس از مولکول های مهندسی شده ویژه هستند. از نظر ساختاری اکثر فلوروفورهای با عملکرد بالا دارای یک ویژگی مهم هستند:یک سیستم مجاور گستردهاین مولکول ها به طور معمول شامل حلقه های عطرآمیزی متعدد یا ساختارهای چرخه ای هستند که توسط پیوندهای دوگانه متصل می شوند.این ترتیب منحصر به فرد الکترون ها به مولکول ها اجازه می دهد که انرژی نور را در طول موج های خاص جذب کنند، انتقال الکترونیکی را تجربه می کنند و انرژی را به عنوان فلورسنت در هنگام بازگشت به حالت پایه آزاد می کنند. کارایی و ثبات این فرآیند به طور مستقیم کیفیت تصویربرداری علمی را تعیین می کند.

با این حال، در کاربردهای بیولوژیکی، ساختارهای مجاور به تنهایی اغلب با محدودیت هایی روبرو می شوند. بسیاری از رنگ های با عملکرد بالا دارای هیدروفوبیت قوی هستند.که می تواند منجر به تجمع در نمونه های بیولوژیکی آبی شود، شدت فلورسنت را کاهش می دهد و باعث اتصال غیر خاص می شود که دقت آزمایش را به خطر می اندازد.برای غلبه بر این مشکل، محققان تکنیک های اصلاح پلی اتیلن گلیکول (PEG) را توسعه داده اند.دانشمندان به طور قابل توجهی محلول بودن در آب و سازگاری زیستی را بهبود بخشیده اند، که منجر به روند برچسب گذاری صاف تر و به حداقل رساندن تداخل پس زمینه می شود.

سیستم های فنی اصلی: از رنگ های بدن تا رنگ های سیانین

در میان خانواده های مختلف رنگ های فلورسنت، رنگ های Bodipy (بورون-dipyrromethene) و Cyanine به ویژه قابل توجه هستند، هر کدام مزایای متمایزی دارند:

• سری بدنی:به خاطر ثبات فوق العاده ی نور، قله های باریک انتشار و اندازه مولکولی نسبتاً کوچک شناخته شده است.عدم حساسیت آنها نسبت به قطب محیطی آنها را برای برچسب گذاری چربی / پروتئین و ردیابی درون سلولی ایده آل می کند، به ویژه در کاربردهایی که نسبت سیگنال به سر و صدا را بالا می گیرند.
• سری سیانین:پایه تصویربرداری مادون قرمز نزدیک، رنگ های سیانین (از جمله Cy3، Cy5 و Cy7) نفوذ بافت برتر را ارائه می دهند.طول موج انتشار آنها به طور معمول در طیف قرمز تا نزدیک مادون قرمز قرار می گیردبرای تصویربرداری زنده و آزمایش های برچسب گذاری چندگانه،رنگ های سیانین گزینه های انتخاب طول موج گسترده تری را فراهم می کنند.

بهینه سازی کیفیت تصویربرداری: سیگنال بالا به سر و صدا و برچسب گذاری خاص

در تحقیقات زیست پزشکی مدرن، انتشار فلورسنت به تنهایی کافی نیست، محققان نیاز به هدف گیری دقیق دارند. یک سیستم برچسب گذاری فلورسنت ایده آل باید سه ویژگی اصلی را نشان دهد:

اول،محلول بودن زیاد در آبفعاليت رنگ را در بافرهاي فيزيولوژيکي و برچسب گذاری يکپارچه تضمین مي کند.حداقل اتصال غیر خاصتضمین می کند که مولکول های رنگ به جای غشای سلولی یا ساختارهای بی ربط، به طور انحصاری به نقاط هدف متصل می شوند که برای کاهش نویز پس زمینه و افزایش وضوح تصویر ضروری است.نسبت سیگنال به سر و صدا بالا (S/N ratio)از طریق رنگ های اصلاح شده PEG با بازده کوانتومی بالا، محققان می توانند سیگنال های هدف را به طور چشمگیری تقویت کنند،ایجاد تعاملات مولکولی ظریف به وضوح تحت میکروسکوپ.

چشم انداز آینده: به سمت تشخیص دقیق تر مولکولی

با پیشرفت در میکروسکوپی فوق وضوح و تصویربرداری چند رنگی، نیازهای رنگ های فلورسنت اکنون فراتر از عملکردهای اساسی برچسب گذاری است.تحقیقات آینده بر توسعه ی سُند هایی با طول موج های طولانی تر متمرکز خواهد شد، افزایش fotostability، و بهبود هدف گیری بیولوژیکی.این رنگ های نسل بعدی نه تنها به انقلاب در مطالعات بیولوژیکی اساسی ادامه خواهند داد بلکه نقش محوری در تشخیص بالینی نیز دارنداز طریق بهینه سازی مولکولی مداوم، دانشمندان در حال دستیابی به زمان واقعی، پویا،مشاهده چند بعدی فرآیندهای زندگی که زمینه های اساسی را برای درک مکانیسم های بیماری و توسعه درمان های جدید فراهم می کند.