Sensor de calcio para imágenes fotoacústicas

Área de la Ciencia:

• Ingeniería biomédica
• Imágenes ópticas
• Biología molecular

Sus antecedentes:

• Las imágenes fotoacústicas ofrecen una penetración profunda en el tejido para mapear moléculas fotoabsorbentes.
• Los sensores de calcio existentes carecen de selectividad o no son adecuados para aplicaciones fotoacústicas.
• Comprender los cambios dinámicos de iones de calcio (Ca2+) es crucial en los procesos celulares.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un nuevo sensor de calcio permeable a las células optimizado para imágenes fotoacústicas (CaSPA).
• Para permitir la visualización en tiempo real de la dinámica intracelular de iones de calcio (Ca2+).
• Para demostrar la utilidad del sensor en varios modelos biológicos.

Principales métodos:

• Síntesis de un sensor metalocrómico selectivo con propiedades ópticas específicas (alto coeficiente de extinción, bajo rendimiento cuántico, resistencia al fotoblanqueamiento).
• Optimización del sensor para los cambios de la señal fotoacústica dependientes del Ca2+, incluido un desplazamiento al azul en la absorción.
• Desarrollo de una variante acetoximetil esterificada para una absorción celular eficiente y una toxicidad mínima.
• Fluorescencia combinada y imágenes fotoacústicas en células no modificadas genéticamente, organoides cardíacos y cerebro de larvas de pez cebra.

Principales resultados:

• CaSPA exhibe un robusto desplazamiento hacia el azul en la absorbancia al unirse a concentraciones micromolares de Ca2+.
• La unión de Ca2+ conduce a una disminución de la señal fotoacústica pico.
• La variante esterificada de CaSPA demostró una permeabilidad celular efectiva y una falta de toxicidad.
• Se logró una imagen en vivo de flujos de Ca2+ en varios sistemas biológicos, incluidos tejidos complejos.

Conclusiones:

• CaSPA es un sensor versátil y eficaz para la obtención de imágenes fotoacústicas de la dinámica de iones de calcio (Ca2+).
• Esta tecnología facilita imágenes en vivo sin precedentes de flujos de Ca2+ en modelos biológicos no modificados genéticamente.
• CaSPA abre nuevas vías para estudiar la señalización del calcio en la salud y la enfermedad.