Enzyme, die für normale zelluläre und physiologische Funktionen unerlässlich sind, sind aufgrund ihrer abnormalen Aktivität an verschiedenen Krankheiten wie Krebs und Diabetes beteiligt. Daher ist die Verfolgung der Enzymaktivität eine wertvolle Strategie für die Diagnose und Überwachung von Krankheiten. Herkömmliche Bildgebungstechniken sind durch den Bedarf an Kontrastmitteln, die geringe Empfindlichkeit und die räumlich-zeitliche Auflösung eingeschränkt.
Um diese Einschränkungen zu überwinden, untersuchen Forscher zunehmend Fluoreszenzsonden zur nicht-invasiven Echtzeitvisualisierung der Enzymdynamik und des entsprechenden Krankheitsstatus.
In einem neuen Übersichtsartikel haben Forscher aus Korea die neuesten Fortschritte bei der Entwicklung enzymaktivierter Nahinfrarot-Fluoreszenzsonden (NIR) und ihre vielfältigen Anwendungen in der biomedizinischen Forschung und Medizin zusammengefasst. Die Hauptautoren, die weitere Einblicke in ihren Artikel gewähren,
Professor Jun-Seok Lee vom Korea University College of Medicine und Professor Juyoung Yoon von der Ewha Womans University in Korea erklärten: „Während die herkömmliche Biomarker-Untersuchung auf dem vergleichenden Expressionsniveau eines Zielenzyms beruht, spiegelt sie nicht die enzymatische Aktivität wider. Enzymaktiviert.“ Fluoreszenzsonden können dabei helfen, die Dynamik der Enzymaktivität in vitro und in vivo zu überwachen.“
Der Übersichtsartikel wurde veröffentlicht in Trends in der analytischen Chemie.
Enzymaktivierte Fluoreszenzsonden bestehen im Wesentlichen aus drei Komponenten: einem Fluorophor, der bei Aktivierung Fluoreszenz emittiert, einem Linker und einer Enzymerkennungseinheit. Wenn die Sonde auf das Zielenzym trifft, aktiviert der resultierende Ladungs- oder Energietransfer das NIR-Fluorophor und emittiert nachweisbare Fluoreszenz.
Die Autoren beschreiben verschiedene Designstrategien für diese anpassungsfähigen Fluoreszenzsonden mit vielseitigen Anwendungen in Studien, die auf Enzyme abzielen, die an Stoffwechselprozessen, Neurotransmission, Zellwachstum, Zelltod und anderen Schlüsselprozessen beteiligt sind.
NIR-Fluoreszenzsonden werden in der biomedizinischen Bildgebung häufig zur Visualisierung von Zellen und Geweben eingesetzt und ermöglichen hochempfindliche Echtzeitmessungen der Enzymaktivität in Zellen sowie Tierkrankheitsmodellen.
Ihre Selektivität ermöglicht den Nachweis abweichender Enzyme, die für bestimmte Tumoren oder Krankheiten spezifisch sind, und unterstützt so die Früh- und Differenzialdiagnose. Darüber hinaus werden sie verwendet, um Tumorränder oder bestimmte Gewebe zu skizzieren, chirurgische Resektionen zu leiten und sind vielversprechend bei der Beurteilung therapeutischer Reaktionen auf Enzym-Targeting-Therapien. Darüber hinaus erstrecken sich ihre Anwendungen auf die Bereiche Umweltsensorik, Lebensmittelsicherheit sowie Wasser- und Luftanalyse.
Enzymaktivierte Fluoreszenzsonden bieten eine hohe Spezifität und Empfindlichkeit, hervorragende Biokompatibilität, Benutzerfreundlichkeit und einstellbare Eigenschaften, was sie zu wertvollen Vermögenswerten in der biomedizinischen Forschung und im Gesundheitswesen macht. Weitere Studien können bei der Entwicklung von Multi-Target-Fluoreszenzsonden helfen, die zwischen verschiedenen Zelltypen unterscheiden und bei der klinischen Forschung, Diagnostik, Krankheitsüberwachung und Behandlung helfen können. Insgesamt bergen diese Sonden ein erhebliches Potenzial, die Gesundheitsversorgung zu revolutionieren.
Dieser Aufsatz erweitert unser Verständnis von Fluoreszenzsonden und legt den Grundstein für zukünftige Forschungen, die ihre Anwendungen erweitern können. Abschließend sagen die Autoren: „Eine abnormale Enzymaktivität ist ein Kennzeichen mehrerer Krankheiten. NIR-Fluoreszenzsonden können als molekulare Werkzeuge zur Visualisierung und Quantifizierung solcher Biomarker verwendet werden. Obwohl bei ihrer Entwicklung erhebliche Fortschritte erzielt wurden, sind weitere Studien zur Ausweitung erforderlich.“ ihre Bioanwendungen.“
Mehr Informationen:
Hyunsun Jeong et al, Jüngste Fortschritte bei enzymaktivierten NIR-Fluoreszenzsonden für biologische Anwendungen, Trends in der analytischen Chemie (2023). DOI: 10.1016/j.trac.2023.117335
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