مسبار الإنارة الحساسة للحمض المكتشف بواسطة الكيميائي "ليو هايينغ" يتوهّج في الخلايا الحية بشكل أكبر عند انخفاض درجة الحموضة، سواء بالطريقة التقليدية أو "تلألؤ الفوتون الأحادي المتحوّل الأعلى" (FUCL).
يرتبط الجسم البشري بحبل مشدود وثابت للحفاظ على درجة الحموضة الصحيحة، ففي اللحظة التي يختل فيها توازن الحمض القلوي لخلايانا يختلّ هذا التوازن بطريقة مبالغ فيها.
تُعتبر درجة الحموضة غير الطبيعية وخاصّة حين تكون درجة الحموضة الأسيديّة منخفضة بشكل غير طبيعي علامة على وجود أمراض تتراوح بين التليف الكيسي والسكتة الدماغية والتهاب المفاصل الروماتويدي وصولاً إلى السرطان ومرض الزهايمر. طوّر "هايينغ ليو" وهو كيميائي في جامعة ميشيغان التكنولوجية أدوات جديدة تسهّل الكشف عن درجة الحموضة المنخفضة في الخلايا الحية مؤخّراً. يُعتبر هذا الاكتشاف محور دراسة جديدة يتمّ تمويلها من قبل المعهد الوطني للعلوم الطبية العامة ونشرت في قسم أجهزة استشعار "الجمعية الكيميائية الأمريكية" ACS Sensors.
يستخدم الباحثون والعاملون في المجال الطبي الأصباغ الفلورية لقياس درجة الحموضة ويُطلق عليها اسم "مجسّات" والتي تتوهج في الظروف الحمضية عند تفعيلها بواسطة ضوء الفلورسنت. يتم استخدام المجسات في التصوير التشخيصي لتصوير الأوعية الدموية والجهاز الهضمي على سبيل المثال. يمكن أن تساعد هذه التقنيّة الجراحين في إزالة الأنسجة المريضة بما في ذلك الأورام، لكن لا يمكن اعتبار هذه المجسّات بمثابة تقنيّة مثاليّة.
إنّ مشاكل هذه المجسّات تأتي من ضوء الطاقة العالي الذي تحتاجه هذه المجسّات للإضاءة. لا يؤثّر هذا الضوء بهذه الأطوال الموجية على المجسّات فحسب، لكنّه قد يؤدي لجعل هذه الهياكل البيولوجية تتألّق كعصيّ الإضاءة. يجعل هذا التلألؤ التلقائي من الصعوبة بمكان معرفة الفرق بين المجسّات والأنسجة المحيطة فيها. يمكن للضوء ذو الطاقة العالية أن يضر بالخلايا ويسبب تلاشي التألق الأوّلي للمجسّ في الظلام في عملية تسمى "تبييض الفوتون" Photobleaching.
نحتاج لمجسّ يعمل على الطاقة المنخفضة وعلى ضوء الأشعة تحت الحمراء القريب لإصلاح هذه المشاكل، وهو ما جعل أستاذ الكيمياء ليو وفريقه يطورون اثنين من هذه المجسّات.
لا تخضع هذه المجسّات لتبييض الفوتون والتلألؤ التلقائي، ويمكن أن تعطي العلماء والأطباء نظرة أفضل داخل الجسم لأن ضوء الأشعة تحت الحمراء القريب يمكن أن يخترق الأنسجة العميقة.
استُلهمت كيمياء كلا المجسّين من الرودامين والذي تم استخدامه في تطبيقات التكنولوجيا الحيوية لعقود. يقول ليو: "لكن تكمن مشكلة الرودامين في كونه مضرّاً بالخلايا". ويضيف: "نحتاج لمجسّ يتوافق مع الأنسجة الحية".
قام فريق ليو بإضافة نوع بسيط من السكّر ويوجد في العديد من الفواكه وهو سكّر المانوز للجيل القادم من المجسّات. يقول ليو: "استخدمنا السكر لجعل المجسات قابلة للذوبان في الماء وأقل سمية". ويضيف: "يساعد هذا في اختراق أغشية الخلايا ويجعل المجسّات أكثر توافقاً مع الخلايا".
صمم فريق ليو مجسّاته لتبعث الضوء بطريقتين مختلفتين. فهي إمّا أن تتألق بالطريقة التقليدية عندما تتعرض لضوء الأشعة تحت الحمراء القريب، أو تتوهج في طيف الأشعة تحت الحمراء القريب حتّى على مستويات مستويات طاقة أقلّ وذلك بفضل نوع مختلف من الاستجابة الكيميائية يدعى "تلألؤ الفوتون الأحادي المتحوّل الأعلى" (FUCL).
أظهرت الاختبارات التي تمّ إجراؤها باستخدام كلا النوعين من الضوء نتائج مدهشة، فهي تبين أن كلا المجسّين حساسين للغاية تجاه درجة الحموضة والخلايا الحية حتى في التركيزات العالية. على الرغم من كون المجسّين متماثلين كيميائياً، إلّا أنّ أحدهما أكثر حساسية بقليل لدرجة الحموضة في مزارع الخلية.
المصدر