صبغة CF
أصباغ CF ( المسجلة تجارياً باسم CF Dyes من شركة Biotium) هي فئة من الأصباغ الفلورية طُوّرت لتطبيقات البحث البيولوجي، بما في ذلك المجهر الفلوري ، وقياس التدفق الخلوي ، والتصوير الحيوي. [ 1 ] [ 2 ] ظهرت هذه الأصباغ لأول مرة في أواخر العقد الأول من الألفية الثانية، وتتميز باستراتيجية كيميائية تجمع بين البولي إيثيلين جلايكول ( PEG) والكبرتة لتحقيق ذوبان عالٍ في الماء مع تقليل الارتباط غير النوعي إلى أدنى حد. [ 3 ]
تشمل الأنواع 42 فلوروفورًا تغطي أطوال موجات الإثارة من 347 نانومتر (فوق البنفسجي) إلى 876 نانومتر (قريب من الأشعة تحت الحمراء)، مبنية على أربعة هياكل كيميائية أساسية: الكومارين ، والبيرين ، والرودامين ، والسيانين . [ 3 ] وقد استُخدمت هذه الأصباغ في المجهر فائق الدقة ، حيث تم التحقق من صحة العديد من المتغيرات لتقنيات تشمل مجهر STORM، وMINFLUX، وSTED. [ 4 ] [ 5 ]
التاريخ والتطور
بدأ التطوير حوالي عام 2007 [ 2 ] [ 6 ] استجابةً للقيود الملحوظة في الفلوروفورات التجارية الموجودة، ولا سيما ميل الأصباغ المُسلفنة بشدة إلى إظهار ارتباط غير نوعي بالمكونات الخلوية الموجبة الشحنة. [ 3 ] ولمعالجة هذه المشكلات، طور الباحثون استراتيجية تصميم تجمع بين السلفنة وتعديل بولي إيثيلين جلايكول (PEG)، وقد وُصفت تفاصيلها في براءة اختراع أمريكية صدرت عام 2014. [ 3 ]
في عام ٢٠٠٩، أفاد باحثون بتطوير استراتيجية استبدال الرودامين بالإيميدازول، حيث استُبدلت حلقة البنزين المستخدمة عادةً في الاقتران بمجموعة إيميدازوليوم. [ ٣ ] [ ٧ ] أدى هذا التعديل إلى انزياح نحو الأحمر في طول موجة الانبعاث مع الحفاظ على الثبات الضوئي لنواة الرودامين زانثين، مما وسّع النطاق الطيفي القابل للاستخدام لأصباغ الرودامين نحو منطقة الأشعة تحت الحمراء القريبة. [ ٧ ]
في عام 2022، أسفر التعاون مع باحثين في جامعة كاليفورنيا في بيركلي عن تطوير CF583R وCF597R، وهما صبغتان تعتمدان على الرودامين ومحسّنتان لمجهر STORM. [ 7 ]
كيمياء
تُصنّع أصباغ CF من خلال تعديلات كيميائية على هياكل أصباغ الكومارين والرودامين والسيانين المعروفة. [ 7 ] وتعتمد هذه الأصباغ على استراتيجية مزدوجة من السلفنة والبيغل. [ 3 ] تُدخل السلفنة مجموعات السلفونات (–SO₃⁻) لتحسين الذوبان في الماء، بينما تُضيف البيغل سلاسل بولي إيثيلين جليكول (PEG) التي تُحجب المجموعات المشحونة فراغيًا وتقلل من تكتل الصبغة. [ 3 ]
تمنع جزيئات البولي إيثيلين جلايكول (PEG) تكديس الروابط π بين جزيئات الصبغة المتجاورة، مما يقلل من تكوين تجمعات H. يُعدّ تكتل H سببًا لانخفاض شدة التألق عند ارتباط جزيئات صبغة متعددة بجسم مضاد واحد ، مما يحدّ من درجة الوسم المفيدة (DOL) في اقترانات الأجسام المضادة. [ 3 ]
تستخدم أصباغ CF القريبة من الأشعة تحت الحمراء القائمة على الرودامين (المشار إليها باللاحقة "R") كيمياء استبدال الرودامين بالإيميدازول، كما هو موضح في وانغ وآخرون (2022)، لتوسيع نطاق أطوال موجات الانبعاث إلى ما بعد الحد التقليدي البالغ 600 نانومتر تقريبًا، مع الحفاظ على خاصية الثبات الضوئي المميزة لهيكل الرودامين. [ 3 ] [ 7 ] يمنح لب الزانثين الصلب في الرودامين مقاومةً للتلاشي الضوئي مقارنةً بجسر البوليميثين المرن الموجود في أصباغ السيانين. [ 7 ]
التطبيقات
تشمل التطبيقات المجهر المناعي الفلوري ، وقياس التدفق الخلوي، والتلطيخ الغربي ، والتصوير الحيوي، والتهجين الموضعي الفلوري ، ومجهر التوسع ، والكشف عن موت الخلايا المبرمج. [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]
المجهر فائق الدقة
خضعت هذه الأصباغ للتقييم في دراسات محكمة من قبل النظراء لاستخدامها في تقنيات المجهر فائق الدقة. [ 4 ] [ 7 ] [ 11 ] وقد حدد تقييم منهجي أجراه ليمان وزملاؤه (2016) لـ 28 صبغة تجارية، الصبغتين CF647 وCF680 كزوج مثالي لتقنية dSTORM متعددة الألوان القائمة على فصل الأطياف، والتي لا تتطلب تسجيلًا، وذلك عند استخدامها مع الصبغة CF568، نظرًا لانخفاض التداخل الطيفي بينهما. [ 4 ] وتتيح الصبغتان CF583R وCF597R دقة تحديد موقع تبلغ حوالي 10 نانومتر أفقيًا و20 نانومتر محوريًا. [ 7 ]
أظهرت الأبحاث التي أجراها ديكمان وزملاؤه في مختبر البيولوجيا الجزيئية الأوروبي (EMBL) أن صبغة CF660C تتمتع بثبات ضوئي خلال جلسات التصوير المطولة، مما يُمكّن من الحصول على ما يقارب مليون إطار تغطي خلايا الانقسام الخلوي بالكامل (بأحجام 40 × 40 × 6 ميكرومتر). [ 5 ] وقد تم التحقق من صحة صبغتي CF640R وCF680R في مجهر استنفاد الانبعاث المحفز (STED) . [ 12 ] كما استُخدمت عدة أصباغ في مجهر الإضاءة المهيكلة (SIM) . [ 13 ] وتم التحقق من صحة صبغتي CF660C وCF680 في مجهر MINFLUX النانوي باستخدام محاليل التبديل الضوئي القياسية GLOX+MEA. [ 14 ]
بيانات طيفية وبيانات تحقق تمثيلية
| صبغ | مثال (نانومتر) | Em (nm) | ε (M⁻¹cm⁻¹) | ملحوظات |
|---|---|---|---|---|
| CF350 | 347 | 448 | 18000 | قابل للإثارة بالأشعة فوق البنفسجية |
| CF405S | 404 | 431 | 33000 | قابل للإثارة عند 405 نانومتر |
| CF405M | 408 | 452 | 41000 | قابل للإثارة عند 405 نانومتر |
| CF405L | 395 | 545 | 24000 | قابل للإثارة عند 405 نانومتر، إزاحة ستوكس كبيرة |
| CF430 | 426 | 498 | 40,000 | انبعاث أخضر قابل للإثارة عند 405 نانومتر |
| CF440 | 440 | 515 | 40,000 | انبعاث أخضر قابل للإثارة عند 405 نانومتر |
| CF450 | 450 | 538 | 40,000 | |
| CF488A | 490 | 515 | 70,000 | تم التحقق من صحتها لـ STORM و TIRF [ 15 ] |
| CF503R | 503 | 542 | 90,000 | |
| CF514 | 514 | حوالي 530 | 105,000 | |
| CF532 | 532 | حوالي 550 | 96000 | |
| CF535ST | 535 | 568 | 95000 | قائم على الرودامين؛ مصمم لـ STORM |
| CF543 | 543 | حوالي 560 | 100,000 | |
| CF550R | 550 | حوالي 570 | 100,000 | |
| سي إف 555 | 555 | 565 | 150,000 | |
| CF568 | 562 | 583 | 100,000 | تم التحقق من صحتها لـ STORM [ 16 ] |
| CF570 | 570 | حوالي 590 | 150,000 | |
| CF583 | 583 | 606 | 150,000 | |
| CF583R | 586 | 609 | 100,000 | قائم على الرودامين؛ تم التحقق من صحته لـ STORM [ 7 ] |
| CF594 | 593 | 614 | 115,000 | |
| CF597R | 597 | 619 | 115,000 | تم التحقق من صحته لـ STORM [ 7 ] |
| CF620R | 620 | حوالي 642 | 115,000 | |
| CF633 | 630 | حوالي 650 | 100,000 | |
| CF640R | 642 | 662 | 105,000 | قائم على الرودامين؛ تم التحقق من صحته لـ STED [ 12 ] |
| CF647 | 650 | 665 | 240,000 | تم التحقق من صحته لـ STORM [ 4 ] |
| CF647Plus | 652 | 668 | 240,000 | |
| CF660C | 667 | 685 | 200,000 | تم التحقق من صحته لـ STORM و MINFLUX [ 4 ] [ 14 ] |
| CF660R | 660 | 682 | 100,000 | قائم على الرودامين |
| CF680 | 681 | 698 | 210,000 | تم التحقق من صحته لـ STORM [ 4 ] |
| CF680R | 680 | 701 | 140,000 | قائم على الرودامين؛ تم التحقق من صحته لـ STED [ 12 ] |
| CF700 | 696 | 719 تقريبًا | 240,000 | |
| CF710 | 712 | 736 | 115,000 | |
| CF725 | 729 | 750 | 120,000 | |
| CF740 | حوالي 740 | حوالي 760 | 105,000 | قائم على الرودامين |
| CF750 | 755 | 777 | 250,000 | تم التحقق من صحتها لـ STORM [ 17 ] |
| CF770 | 770 | 797 | 220,000 | |
| CF790 | 784 | 806 | 210,000 | |
| CF800 | 797 | 816 | 210,000 | |
| CF820 | 822 | 835 | 253,000 | |
| CF850 | 852 | 870 | — | |
| CF870 | 876 | 896 | — | |
| RPE-Astral™616 | 496، 546، 566 | 617 | — | صبغة FRET المزدوجة لقياس التدفق الخلوي [ 14 ] |
| RPE-Astral™775 | 496، 546، 565 | 774 | — | صبغة FRET المزدوجة لقياس التدفق الخلوي [ 14 ] |
| APC-Astral™813 | 633، 638 | 813 | — | صبغة FRET المزدوجة لقياس التدفق الخلوي [ 14 ] |
براءات الاختراع
تشمل براءات الاختراع الرئيسية التي تغطي تقنية صبغة CF كلاً من US8709830B2 ("الأصباغ الفلورية، ومجموعات الأصباغ الفلورية، وطرق تحضير الجزيئات الموسومة")، وEP2223086B1 (تاريخ الأولوية 2007)، والطلب الدولي WO2012129128A1. [ 3 ] [ 18 ]
انظر أيضاً
مراجع
- ↑ غوتز سي، هامربيك سي، بونيفير جيه. "أساسيات قياس التدفق الخلوي لغير الخبراء." تقنيات في علوم الحياة والطب الحيوي لغير الخبراء (2018).
- 1 2 Kist TB. "علامات وأصباغ الصبغة الفلورية: قاعدة بيانات للخصائص الفيزيائية الضوئية." في علامات وأصباغ الصبغة الفلورية: قاعدة بيانات للخصائص الفيزيائية الضوئية (2023).
- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 مكتب براءات الاختراع والعلامات التجارية بالولايات المتحدة. براءة الاختراع رقم US8709830B2: "أصباغ فلورية، ومجموعات أصباغ فلورية، وطرق تحضير جزيئات موسومة". صدرت في 29 أبريل 2014. https://patents.google.com/patent/US8709830B2
- ١ ٢ ٣ ٤ ٥ ٦ ليمان م، ليشتنر ج، كلينز هـ، شمورانزر ج. "أصباغ عضوية جديدة للمجهر فائق الدقة متعدد الألوان القائم على التموضع." مجلة بيوفوتونيكس 9(1-2):161-170 (2016). https://doi.org/10.1002/jbio.201500119
- 1 2 ديكمان ر، كانوالد م، شونيت أ، ديشامب ج، ماتي يو، ريس ج. "تحسين سرعة التصوير وشدة الإثارة لمجهر تحديد موقع الجزيء المفرد." نيتشر ميثودز 17: 909-912 (2020). https://doi.org/10.1038/s41592-020-0918-5
- ↑ فريق التحرير. "إعادة تصور التألق: تحسين التصوير بالكيمياء". مجلة ساينتست (2026). https://www.the-scientist.com/fluorescence-reimagined-improving-imaging-with-chemistry-73887
- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 وانغ ب، شيونغ م، سوسانتو ج، لي إكس، ليونغ واي واي، شو ك. "تحويل أصباغ الرودامين لمجهر (d)STORM فائق الدقة عبر استبدال 1،3-ثنائي الاستبدال بالإيميدازوليوم." Angewandte Chemie International Edition 61(19):e202113612 (2022). https://doi.org/10.1002/ANIE.202113612
- ↑ فيرير-فون إل، ميهتا ب، هارموس ب، شميدت إيه جيه، تشابيل إس، برايس كيه إم، هيرمانز آي إف، رونشيز إف، لو غروس جي، لارسن إم، بينغ إل. "تحليل عالي الأبعاد للخلايا المناعية المعوية أثناء الإصابة بالديدان الطفيلية." eLife 9:e51678 (2020). https://doi.org/10.7554/eLife.51678
- ↑ تشين ف، تيلبيرغ ب.و، بويدن إ.س. "التصوير البصري. المجهر التوسعي." مجلة ساينس 347(6221):543-548 (2015). https://doi.org/10.1126/science.1260088
- ↑ ألفيرو إيه بي، مور جي (محرران). "الكشف عن آليات موت الخلايا: الأساليب والبروتوكولات." دار هومانا للنشر (2021).
- ↑ ماو ف، ماكغارو ب.ج، مدريد أ.س، ليونغ و.ي، روبرتس ل.م. "عوامل تعديل الأحماض النووية واستخداماتها". براءة اختراع أمريكية رقم 10,570,463 ب2. واشنطن العاصمة: مكتب براءات الاختراع والعلامات التجارية الأمريكي (2020). https://patents.google.com/patent/US10570463B2/en
- 1 2 3 Heilemann M، van de Linde S، Schüttpelz M، Kasper R، Seefeldt B، Mukherjee A، Tinnefeld P، Sauer M. "التصوير الفلوري ذو دقة الحيود الفرعي باستخدام مجسات الفلورسنت التقليدية." أنجيواندتي كيمي الطبعة الدولية 47(33):6172-6176 (2008). https://doi.org/10.1002/anie.200802376
- ↑ بولر م، كونغ د، صن س، نانجوندابا ر، إيفانز ل، فارمر ف، هولاند أ، محجوب م ر، سوي ه، لونكاريك ج. "توصيف عالي الدقة لشكل وديناميكية الزائدة البعيدة للجسيم المركزي باستخدام تقنية STORM المترابطة والمجهر الإلكتروني." Nature Communications 10(1):435 (2019). https://doi.org/10.1038/s41467-018-08216-4
- ١ ٢ ٣ ٤ ٥ فريق العمل. "مجموعة متنامية من الأجسام المضادة تتميز بأصباغ Astral Leap™ المزدوجة." FluoroFinder: أصباغ فلورية جديدة لعام ٢٠٢٤ (٢٠٢٤). https://fluorofinder.com/fluorescent-dyes-of-2024/
- ↑ زانيتي-دومينغيز إل سي، مارتن-فرنانديز إم إل، نيدهام إس آر، رولف دي جيه، كلارك دي تي. "دراسة منهجية للتأثيرات التفاضلية لركائز زراعة الخلايا على مدى التشوهات في تتبع الجزيئات المفردة." PLoS ONE 8(9):e74200 (2013). https://doi.org/10.1371/journal.pone.0074200
- ↑ Früh SM, Matti U, Spycher PR, Rubini M, Lickert S, Schlichthaerle T, Jungmann R, Vogel V, Hall H, Sapra KT. "الأجسام المضادة الموسومة بمواقع محددة للمجهر فائق الدقة تكشف أخطاء الربط في الموقع." ACS Nano 15(8):12161-12170 (2021). https://doi.org/10.1021/acsnano.1c03677
- ↑ توركويد ب، فيرانت د، إنديسفيلدر يو. "من الجزيئات المفردة إلى الحياة: المجهر على المستوى النانوي." الكيمياء التحليلية والكيمياء الحيوية التحليلية 408: 6885-6911 (2016). https://doi.org/10.1007/s00216-016-9781-8
- ↑ مكتب براءات الاختراع الأوروبي. براءة الاختراع EP2223086B1: "أصباغ فلورية". تاريخ الأولوية 2007. https://patents.google.com/patent/EP2223086B1
- الأصباغ الفلورية