Novou generaci nanosenzorů schopných detekovat pH uvnitř živých buněk s dosud nevídanou citlivostí a stabilitou vyvinul tým vědců z CATRIN Univerzity Palackého a VŠB – Technické univerzity Ostrava ve spolupráci s kolegy z Vysokého učení technického v Brně. Senzory na bázi uhlíkových teček představili v časopise Biosensors and Bioelectronics.
Hodnota pH je jedním z nejčastěji měřených chemických parametrů, ale vývoj nanometrických senzorů schopných přesně zmapovat distribuci a dynamiku pH s vysokým prostorovým a časovým rozlišením zůstává významnou výzvou. Takové senzory jsou životně důležité pro naše chápání četných fyziologických a patologických procesů.
„Hledali jsme způsob, jak sledovat dění uvnitř buněk s mnohem vyšší přesností, než jakou umožňují současné sondy. Vyvinuli jsme senzor, který je malý, jasně svítící, velmi stabilní a dokáže sledovat změny pH v mimořádně širokém rozmezí. Senzor nejen září pod mikroskopem, ale také detekuje změny pH na základě doby životnosti fluorescence, což je přesnější a spolehlivější parameter než běžná intenzita světla,“ vysvětlil první autor studie Sergii Kalytchuk z CATRIN a Materiálově-environmentální laboratoře (MEL) na VŠB–TUO.
„Vyvinuli jsme senzor, který je malý, jasně svítící, velmi stabilní a dokáže sledovat změny pH v mimořádně širokém rozmezí.“
Sergii Kalytchuk
Na rozdíl od běžných fluorescenčních senzorů pH, které trpí fotoblednutím, chemickým rozkladem a často vyžadují kalibraci, si nové nanosenzory udržují vynikající výkon i v náročných podmínkách. Doba jejich fluorescence se předvídatelně prodlužuje s rostoucím pH, což umožňuje přímé měření buněčné kyselosti – klíčového parametru, jehož výkyvy úzce souvisí s chorobnými procesy, jako je rakovina a neurodegenerace.
„V experimentu s lidskými kožními buňkami a pomocí pokročilé mikroskopie založené na měření doby životnosti fluorescence (FLIM) umožnily senzory přesně zmapovat pH uvnitř lyzozomů, což jsou zjednodušeně řečeno recyklační a úklidové jednotky buňky. Navíc bylo možné detekovat změny pH po aplikaci chemických inhibitorů, což otevírá možnosti pro testování léčiv i sledování stresu v buňkách v reálném čase,“ uvedl další z autorů Tomáš Malina.
Myšlenka senzoru vznikla na pomezí syntetické chemie a fyziky, ale právě jeho využití v biomedicíně dává celé práci širší význam. „Studie ukazuje, jak lze propojit základní materiálovou chemii se skutečnými biomedicínskými výzvami. Díky výjimečné fotostabilitě, biokompatibilitě a extrémně širokému pH rozsahu mají tyto senzory velký potenciál stát se účinným nástrojem pro základní výzkum, diagnostiku i budoucí klinické aplikace,“ uzavřel korespondenční autor článku Radek Zbořil.