Development and characterization of FI 7500: a novel near-infrared dye for in vitro and in vivo cell labeling
Dit artikel presenteert de ontwikkeling en uitgebreide karakterisering van FI 7500, een nieuwe nabij-infrarood kleurstof die dient als een veelzijdig en betrouwbaar alternatief voor bioluminescentie voor het visualiseren van cellulaire morfologie in 2D/3D-culturen en het volgen van tumorgroei en metastase in vivo met langdurige stabiliteit en minimale impact op de celviabiliteit.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van een preprint die niet peer-reviewed is. Dit is geen medisch advies. Neem geen gezondheidsbeslissingen op basis van deze inhoud. Lees de volledige disclaimer
Wetenschappers vertrouwen al lang op een simpele truc om het onzichtbare te zien: ze verven cellen met lichtgevende kleurstoffen. Door een fluorescente tag aan een levende cel te bevestigen, kunnen onderzoekers die cel onder een microscoop zien bewegen, delen en interageren met zijn buren. Decennialang waren deze verven beperkt tot zichtbaar licht, zoals de kleuren van een regenboog, die gemakkelijk verstrooien wanneer men diep in een levend lichaam probeert te kijken. Om dieper te kunnen kijken, richtten wetenschappers zich op een ander deel van het spectrum: nabij-infrarood licht. Dit onzichtbare licht dringt veel gemakkelijker door huid en weefsel heen dan zichtbare kleuren, als een zaklamp die door een dikke mist kan schijnen. Het gebruik van dit licht in een levend dier vereiste echter traditioneel een ingewikkelde omweg. Onderzoekers moesten meestal cellen genetisch modificeren om hun eigen licht te produceren, een proces dat het invoegen van vreemde genen en het vervolgens voeren van een speciale chemische substraat aan de dieren vereist bij elke keer dat ze een foto wilden maken. Deze methode is duur, tijdrovend en kan de manier waarop de cellen zich gedragen veranderen.
Een team van onderzoekers zette zich scharpe om een simpelere manier te vinden. Ze wilden een nieuwe, direct bruikbare kleurstof genaamd FI 7500 testen, die gloeit in het nabij-infrarood bereik zonder dat er genetische aanpassingen aan de cellen nodig zijn. Het doel was om te zien of deze kleurstof aan cellen kon hechten, helder kon blijven in een levend dier, en wetenschappers in staat kon stellen om bij te houden waar die cellen naartoe gingen, allemaal zonder de rompslomp van genetische manipulatie of herhaalde chemische injecties. Als dit succesvol zou zijn, zou het een rechtstreeks alternatief bieden voor het observeren van hoe cellen door het lichaam bewegen, van het huidoppervlak tot diep in de organen.
De onderzoekers begonnen door het gedrag van de kleurstof in een petrischaal te testen. Ze mengden de kleurstof met verschillende soorten menselijke en muizencellen en hielden dit nauwlettend in de gaten om te verzekeren dat het de cellen niet beschadigde. Ze ontdekten dat de kleurstof bij een specifieke, lage concentratie veilig was en binnen dertig minuten begon te gloeien. Onder de microscoop bedekte de kleurstof niet alleen de buitenkant van de cel; het nestelde zich specifiek in het endoplasmatisch reticulum, een netwerk van buisjes en zakjes dat fungeert als een fabriek en transportsysteem binnen het cytoplasma van de cel. Omdat de kleurstof dit interne netwerk vulde, belichtte het de gehele vorm van de cel, inclusief lange, dunne uitlopers, terwijl de centrale kern donker bleef. Dit bood een duidelijke, gedetailleerde kaart van de structuur van de cel. Het team testte de kleurstof ook op driedimensionale bollen van cellen, bekend als sferoïden, die nabootsen hoe cellen samenklonteren in echt weefsel. In levende, ongewijzigde sferoïden kon de kleurstof diep genoeg kijken om de interne structuur van kleine clusters te tonen. Wanneer de sferoïden werden gefixeerd en behandeld met een speciaal helderingsmiddel om ze transparant te maken, kon de kleurstof nog dieper doordringen, waardoor de binnenkant van grotere clusters zichtbaar werd.
Van de petrischaal naar de levende wereld, het team injecteerde met deze kleurstof gekleurde cellen in muizen om te zien hoe lang de gloed zou aanhouden. In één experiment plaatsten ze de gekleurde cellen onder de huid van muizen. De kleurstof bleef drie weken lang helder en zichtbaar, waardoor de onderzoekers de groei van de cellen konden volgen terwijl ze tumoren vormden. Interessant genoeg werd het gloeiende gebied niet groter naarmate de tumor groeide; in plaats daarvan bleef het licht geconcentreerd op de oorspronkelijke plek terwijl de tumor eromheen expandeerde. Dit vertelde de wetenschappers dat hoewel de kleurstof uitstekend was voor het volgen van waar de cellen begonnen, deze niet gebruikt kon worden om de grootte van een groeiende tumor te meten enkel door naar het licht te kijken. De kleurstof hield de groei van de cellen echter niet tegen, wat bewees dat het veilig was voor de dieren.
In een tweede experiment injecteerde het team de gekleurde cellen rechtstreeks in de bloedbaan van muizen om te zien of ze de reis van de cellen konden volgen. Deze cellen stonden erom bekend dat ze zich van nature in de longen vestigen. Binnen enkele uren konden de onderzoekers duidelijk de gloeiende cellen zien accumuleren in de longen, wat bevestigde dat de kleurstof goed vastzat en helder genoeg was om de reis van de cellen te volgen. Dit werkte net zo goed als de traditionele methode van het gebruik van genetisch gemodificeerde cellen, maar dan zonder de noodzaak van complexe genetische modificaties of herhaalde injecties van chemicaliën. De studie concludeert dat deze nieuwe kleurstof een betrouwbaar hulpmiddel is om het bewegen en nestelen van cellen in een levend lichaam te observeren. Het biedt een praktische, minder invasieve manier om celmigratie en metastase te bestuderen, waarbij de barrières van genetische manipulatie worden weggenomen en onderzoekers een duidelijker, directer beeld krijgen van hoe cellen zich in realtime gedragen.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.