Les chercheurs d'UConn Health ont développé et breveté des colorants sensibles à la tension qui provoquent des cellules, tissus, ou des organes entiers à s'éclairer sous l'effet d'impulsions électriques et permettre de mesurer cette activité. Le produit a un potentiel dans le processus de découverte de médicaments. Crédit :Peter Morenus
Tons vibrants de jaune, Orange, et le rouge se déplacent par vagues sur l'écran. Bien que l'affichage ressemble à de l'art psychédélique, il fournit en fait des informations médicales hautement techniques - l'activité électrique d'un cœur battant coloré avec des colorants sensibles à la tension pour tester une blessure ou une maladie.
Ces colorants sensibles à la tension ont été développés et brevetés par les chercheurs d'UConn Health, qui se sont maintenant lancés dans la commercialisation de leur produit pour l'industrie ainsi que pour un usage universitaire.
Les signaux ou tensions électriques sont fondamentaux dans le fonctionnement naturel du tissu cérébral et cardiaque, et une signalisation électrique perturbée peut être une cause ou une conséquence d'une blessure ou d'une maladie. La mesure directe de l'activité électrique des membranes avec des électrodes n'est pas possible pour le dépistage de médicaments ou l'imagerie diagnostique en raison de leur petite taille. Afin de rendre visible le potentiel électrique, les chercheurs utilisent des capteurs de tension fluorescents, également connu sous le nom de colorants sensibles à la tension ou VSD, qui fabriquent des cellules, tissus, ou des organes entiers s'éclairent et permettent de les mesurer au microscope.
Tous les colorants ne répondent pas aux changements de tension de la même manière, et il existe un compromis commun entre leur sensibilité et leur vitesse. Des colorants plus lents peuvent être utilisés pour le dépistage de médicaments avec une sensibilité élevée, mais ils ne peuvent pas mesurer les caractéristiques des potentiels d'action rapide dans certains tissus, comme les cellules cardiaques. Les colorants rapides peuvent être utilisés pour imager les potentiels d'action, mais ils demandent cher, instrumentation sur mesure, et ne sont pas assez sensibles pour des résultats cristallins sur des cellules individuelles.
Professeur de biologie cellulaire et directeur du Center for Cell Analysis &Modeling de l'UConn, Leslie Loew et son équipe ont développé de nouveaux colorants rapides également très sensibles, éliminant le compromis vitesse/sensibilité.
Corey Acker, la gauche, et Les Loew dans leur laboratoire au Cell and Genome Sciences Building à UConn Health à Farmington, CT. Crédit :Peter Morenus
Loew et ses associés de recherche Corey Acker et Ping Yan ont consacré une grande partie de leur carrière au développement et à la caractérisation de sondes fluorescentes de potentiel membranaire comme les colorants sensibles à la tension. L'équipe fournit même ses colorants rapides brevetés à ses collègues chercheurs depuis 30 ans, mais ce n'est que récemment qu'ils se sont intéressés à la commercialisation de leur travail.
Le premier pas de Loew et Acker dans l'entrepreneuriat a commencé à l'automne 2016, lorsqu'ils ont été acceptés sur le site I-Corps de la National Science Foundation (NSF) d'UConn, Accélérer UConn, qui est le seul site NSF I-Corps dans l'état. Ils attribuent au programme le mérite de leur avoir donné une base solide pour évaluer leur technologie et leur stratégie commerciale.
"L'expérience du Dr Loew est un excellent exemple de la façon dont le programme NSF I-Corp peut transformer des découvertes académiques à fort potentiel en produits et services viables avec la bonne formation, " dit Radenka Maric, Vice-président de l'UConn pour la recherche. « Accelerate UConn aide nos éminents professeurs à faire avancer leurs idées au-delà du laboratoire afin qu'ils puissent rejoindre les rangs d'autres entrepreneurs et leaders de l'industrie à succès, et avoir un impact dans nos communautés et sur l'économie.
Acker dit que le programme les a également aidés à identifier une nouvelle opportunité de marché intéressante ciblant les sociétés pharmaceutiques. Ces sociétés ont besoin de colorants à la fois rapides et sensibles pour le criblage à haut débit de cibles thérapeutiques potentielles. Dans le criblage de médicaments à haut débit, les scientifiques créent des lignées cellulaires spéciales, puis utiliser un équipement de pointe pour appliquer de manière robotique différents médicaments sur des plats rotatifs de cellules. Les cellules sont colorées avec un colorant sensible à la tension qui affiche tout changement de potentiel ou de tension membranaire après l'application du médicament avec des changements de fluorescence. Acker estime que les sociétés pharmaceutiques et les organismes de recherche sous contrat (CRO) dépensent plus de 10 $, 000 sur ces colorants pour chaque étude d'une semaine.
Les teintures que Loew, Acker, et Yan develop permettront également aux sociétés pharmaceutiques de répondre aux nouvelles réglementations de dépistage de la sécurité cardiaque de la Food and Drug Administration appelées CiPA (le Comprehensive in vitro Proarythmia Assay).
L'associé de recherche Ping Yan prépare des colorants sensibles à la tension, qui causent les cellules, tissus, ou des organes entiers à s'éclairer sous l'effet d'impulsions électriques et permettre de mesurer cette activité. Crédit :Peter Morenus
Les réglementations CiPA visent à établir de meilleurs moyens de détecter les effets secondaires des nouveaux médicaments susceptibles de provoquer une arythmie cardiaque. Dans un élément clé de CiPA, le dépistage est effectué dans des cellules cardiaques avec un rythme cardiaque électrique réaliste. Les colorants à sensibilité rapide de l'équipe Loew pourraient offrir aux sociétés pharmaceutiques des options plus efficaces que celles actuellement disponibles. Étant donné que CiPA s'applique à toutes les nouvelles thérapies, des médicaments amaigrissants aux médicaments contre les allergies, Loew et Acker anticipent une forte demande pour leur technologie.
Acker a mené des dizaines d'entretiens avec des experts de l'industrie qui utilisent des VSD pour le dépistage des drogues. Ils ont tous exprimé un besoin de colorants avec une sensibilité améliorée, vitesse plus rapide, et moins d'interactions indésirables ou de toxicité avec les cellules testées.
Loew et son équipe étaient convaincus qu'ils pouvaient livrer. Leurs nouveaux colorants améliorent les capteurs actuels utilisés pour le dépistage des médicaments, qui impliquent un système à deux composants et un transfert d'énergie entre les composants. Les chercheurs produisent des colorants qui utilisent un nouveau système VSD où le transfert d'énergie est plus efficace, résultant en plus rapide, plus sensible, et des colorants moins toxiques. Récemment, ils ont développé et testé deux nouveaux colorants, et ils ont conceptualisé quelques possibilités supplémentaires. L'un de leurs prototypes actuels est extrêmement prometteur, dit Loew.
L'équipe a formé une startup, Sondes potentiométriques, hébergé dans le programme d'incubation technologique d'UConn, poursuivre leurs efforts de commercialisation.
