PL219326B1 - Fluorescent marker for collagen-dye - Google Patents

Fluorescent marker for collagen-dye

Info

Publication number
PL219326B1
PL219326B1 PL384305A PL38430508A PL219326B1 PL 219326 B1 PL219326 B1 PL 219326B1 PL 384305 A PL384305 A PL 384305A PL 38430508 A PL38430508 A PL 38430508A PL 219326 B1 PL219326 B1 PL 219326B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
collagen
staining
fluorescent
fluorescent marker
fluorescence
Prior art date
Application number
PL384305A
Other languages
Polish (pl)
Other versions
PL384305A1 (en
Inventor
Zbigniew Darzynkiewicz
Brian W. Lee
Gary L. Johnson
Jerzy W. Dobrucki
Original Assignee
Univ Jagielloński
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Univ Jagielloński filed Critical Univ Jagielloński
Priority to PL384305A priority Critical patent/PL219326B1/en
Publication of PL384305A1 publication Critical patent/PL384305A1/en
Publication of PL219326B1 publication Critical patent/PL219326B1/en

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest nowy znacznik fluorescencyjny do barwienia kolagenów nadający się do stosowania w badaniach naukowych i diagnostyce medycznej.The subject of the invention is a new fluorescent marker for staining collagen suitable for use in scientific research and medical diagnostics.

Kolageny są składnikami macierzy zewnątrzkomórkowej [Aumailley and Gayraud, J. Mol. Med. 76 (3-4): 253-65, 1998] oraz rekonstytuowanych substytutów tkankowych. Kolageny wpływają na zachowanie komórek w tkankach - adhezję, migrację, proliferację i metabolizm oraz pełnią rolę w utrzymaniu mechanicznej odporności tkanek [Friedl et al. Microsc. Res. Tech. 43 (5): 369-78, 1998; Friedl et al., Int. J. Dev. Biol. 48 (5-6): 441-9, 2004].Collagens are components of the extracellular matrix [Aumailley and Gayraud, J. Mol. Med. 76 (3-4): 253-65,1998] and reconstituted tissue substitutes. Collagens influence the behavior of cells in tissues - adhesion, migration, proliferation and metabolism, and play a role in maintaining the mechanical resistance of tissues [Friedl et al. Microsc. Res. Tech. 43 (5): 369-78,1998; Friedl et al., Int. J. Dev. Biol. 48 (5-6): 441-9,2004].

Mutacje w genach kodujących kolageny różnych typów prowadzą do zaburzeń w syntezie, potranslacyjnych modyfikacjach, polimeryzacji i składaniu fibryli we włókna, oraz konstrukcji sieci włókien. Skutkiem tych zaburzeń są schorzenia dziedziczne jak pęcherzyca noworodków, Epidermolysis bullosa, zespół Alporta, syndrom Ehlers-Danlos i inne [Baxter Cardiovasc. Pathol., 14 (4): 185-8, 2005]. Podczas starzenia organizmów zachodzi denaturacja kolagenu, która prowadzi do utraty własności mechanicznych tkanek.Mutations in the genes encoding collagens of various types lead to disturbances in synthesis, post-translational modifications, polymerization and assembly of fibrils into fibers, and the structure of the fiber network. These disorders result in hereditary diseases such as neonatal pemphigus, Epidermolysis bullosa, Alport syndrome, Ehlers-Danlos syndrome and others [Baxter Cardiovasc. Pathol., 14 (4): 185-8, 2005]. During the aging process, collagen is denatured, which leads to the loss of the mechanical properties of the tissues.

Barwienie fluorescencyjne kolagenów ma na celu uzyskanie wybiórczej i specyficznej (tzn. pochodzącej wyłącznie lub prawie wyłącznie od kolagenu lub kolagenów) fluorescencji struktur zawierających kolagen lub kolageny, o żądanych własnościach spektralnych i biofizycznych, w tym o żądanej barwie i intensywności oraz stabilności w czasie pomiarów (tzn. małej utraty intensywności luminescencji w czasie naświetlania i obserwacji), zarówno w tkankach żywych, jak i utrwalonych, w celu stworzenia trójwymiarowych obrazów struktur zawierających kolagen, z wysoką rozdzielczością przestrzenną (ułamki mikrometra) i jej zmian lub w celu dokonania pomiarów, w żywych lub utrwalonych tkankach oraz w celu badania metodami mikroskopowymi i cytometrycznymi, jak mikroskopia fluorescencyjna, konfokalna (CLSM), wielofotonowa (MP), odzyskiwanie fluorescencji po fotoblaknięciu (FRAP), utrata fluorescencji przy fotoblaknięciu (FLIP), rezonansowy transfer energii fluorescencji (FRET), fluorescencyjna spektroskopia korelacyjna (FCS), mikroskopia wykorzystująca modulowane oświetlenie, laserowa cytometria skaningowa (LSC), cytometria przepływowa i podobne.Fluorescent staining of collagens is aimed at obtaining selective and specific (i.e. derived exclusively or almost exclusively from collagen or collagens) fluorescence of collagen or collagen-containing structures with the desired spectral and biophysical properties, including the desired color and intensity and stability during measurements ( i.e. low loss of luminescence intensity during irradiation and observation), both in living and fixed tissues, to create three-dimensional images of collagen-containing structures with high spatial resolution (fractions of a micrometer) and its changes or to measure, in living or fixed tissues and for examination by microscopic and cytometric methods such as fluorescence microscopy, confocal microscopy (CLSM), multiphoton microscopy (MP), fluorescence recovery after photo-fading (FRAP), fluorescence loss on photobleaching (FLIP), fluorescence resonance energy transfer (FRET) fluorescence spectroscope ia correlation (FCS), modulated illumination microscopy, laser scanning cytometry (LSC), flow cytometry and the like.

Mikroskopowa identyfikacja włókien kolagenowych znajduje zastosowanie w badaniach macierzy zewnątrzkomórkowej i rekonstytuowanych substytutów tkankowych.The microscopic identification of collagen fibers is used in studies of the extracellular matrix and reconstituted tissue substitutes.

Znane są metody obserwacji kolagenu w żelach [Brightman et al., Biopolymers. 54 (3): 222- 34, 2000; Wu et al. Microsc. Microanal. 9 (6): 574-80, 2003; Wu et al., J. Microsc. 210 (Pt 2): 158-65, 2003], barwienia histochemicznego i immunofluorescencyjnego w utrwalonych tkankach i kontrastowania kolagenu w preparatach do mikroskopii elektronowej, brak jednak specyficznej metody wizualizacji i badania trójwymiarowej struktury sieci włókien kolagenowych w żywych tkankach.Methods of observing collagen in gels are known [Brightman et al., Biopolymers. 54 (3): 222-34,2000; Wu et al. Microsc. Microanal. 9 (6): 574-80,2003; Wu et al., J. Microsc. 210 (Pt 2): 158-65, 2003], histochemical and immunofluorescence staining in fixed tissues and collagen contrasting in preparations for electron microscopy, however, there is no specific method of visualization and study of the three-dimensional structure of the collagen fiber network in living tissues.

Znane metody badania kolagenów in situ przedstawiono w poniższej tabeli.Known methods of in situ testing of collagens are presented in the table below.

Metoda Method Tkanki utrwalo- ne Tissues fix- ne Tkanki żywe Tissues alive Zalety Benefits Ograniczenia Restrictions Potrzebna aparatura Equipment needed 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 Barwienie Picrosyrius Red i barwienie metodą srebrową („silver sta- ining”) Picrosyrius Red staining and silver staining ining ") Tak Yes Nie No Względnie specyficzna Relatively specific Utrwalanie tkanki zmienia strukturę sieci włókien kolagenowych, otrzymuje się tylko obrazy dwuwymiarowe z wybranego skrawka tkanki, nie nadaje się do równoczesnego badania innych struktur i funkcji, nie nadaje się do badania zależności czasowych, pracochłonna procedura Tissue fixation changes the structure of the collagen fiber network, only two-dimensional images are obtained from the selected tissue section, not suitable for the simultaneous study of other structures and functions, not suitable for the study of time relationships, laborious procedure Pracownia histochemiczna. Mikroskop optyczny Histochemical laboratory. Optical microscope Kontrastowanie do mikroskopii elektronowej („freeze substitution”) Contrasting to electron microscopy ("freeze substitution") Tak Yes Nie No Względnie specyficzna Relatively specific Utrwalanie tkanki zmienia strukturę sieci włókien kolagenowych, otrzymuje się tylko obrazy dwuwymiarowe z wybranego skrawka tkanki, nie nadaje się do równoczesnego badania innych struktur i funkcji, nie nadaje się do badania zależności czasowych, pracochłonna procedura Tissue fixation changes the structure of the collagen fiber network, only two-dimensional images are obtained from the selected tissue section, not suitable for the simultaneous study of other structures and functions, not suitable for the study of time relationships, laborious procedure Mikrotom. mikroskop elektronowy Microtome. electron microscope

PL 219 326 B1 cd tabeliIn the table below

1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 Światło odbite lub rozproszone Reflected or diffused light Nie No Tylko układy modelo- we Only layouts model- in Brak specyficzności No specificity Brak specyficzności, przydatna tylko do badania żeli kolagenowych in vitro; ograniczona przydatność w badaniach żywych komórek i tkanek; w mikroskopii konfokalnej światła odbitego silne efekty interferencyjne i 'hot spot', które muszą być usuwane metodami analizy Fouriera No specificity, only useful for in vitro testing of collagen gels; limited suitability for the study of living cells and tissues; in reflected light confocal microscopy strong interference and hot spot effects that must be removed by Fourier analysis methods Mikroskop optyczny z przystawką do ciemnego pola; mikroskop konfokainy z układem do detekcji światła odbitego + specjalne procedury usuwania szumów i pasków interferencyjnych w domenie częstotliwości, w przestrzeni 4D Optical microscope with a dark field attachment; confocaine microscope with a reflection light detection system + special procedures for removing noise and interference stripes in the frequency domain in 4D space Autofluoresce ncja Autofluoresce naction Tak Yes Tak Yes Brak specyficzności No specificity Brak specyficzności (podobną autofluorescencję wykazują inne składniki komórek i macierzy zewnątrzkomórkowej) Lack of specificity (other components of cells and extracellular matrix show similar autofluorescence) Mikroskop fluorescencyjny lub konfokalny Fluorescence or confocal microscope SHG (Second Harmonie Generation) SHG (Second Harmonies Generation) Nie No Tak Yes Pozwala w ograniczonym zakresie) rekonstru- ować strukturę trójwymiarową sieci włókien kolagenowych, badać inne struktury i funkcje komórek, badać zależności czasowe It allows, to a limited extent, to reconstruct oat the three-dimensional structure of the fiber network collagen, study other structures and functions of cells, study time dependencies Mało specyficzna; inne struktury również dają sygnał drugiej harmonicznej; fotouszkodzenia komórek, grzanie tkanki w czasie obserwacji; wymaga kosztownej aparatury (mikroskop wielofotonowy) i specjalnego detektora Not very specific; other structures also give the signal of the second harmonic; cell photodamage, tissue heating during observation; requires expensive equipment (multi-photon microscope) and a special detector Mikroskop wielofotonowy, wyposażony w specjalny detektor Multiphoton microscope, equipped with a special detector

Celem wynalazku jest stworzenie możliwości obserwacji kolagenów in vivo w nienaruszonych tkankach.The aim of the invention is to make it possible to observe collagens in vivo in intact tissues.

Szczególnym celem wynalazku jest dostarczenie barwnika fluorescencyjnego nadającego się wybarwiania kolagenów.A particular object of the invention is to provide a fluorescent dye capable of staining collagen.

Przedmiotem wynalazku jest zastosowanie związku o wzorze:The invention relates to the use of a compound of formula:

tj. fluoresceino-karbaminianu eserolino-5'-N-kadaweryny lub jego pochodnych, do wytwarzania barwnika fluorescencyjnego do wybarwiania kolagenów.ie, eserolin-5'-N-cadaverine fluorescein carbamate or derivatives thereof, for the preparation of a fluorescent dye for staining collagen.

Przez pochodne, związki pokrewne lub podobne użytego znacznika fluorescencyjnego rozumie się związki chemiczne, które mają pokrewną strukturę chemiczną, to znaczy składają się z fluoroforu (zawierają ugrupowanie chemiczne zdolne od razu lub po zmodyfikowaniu do emisji luminescencji) oraz przyłączonej doń struktury molekularnej, która razem tworzy cząsteczkę o masie nie przekraczającej 3000Da, wykazującą powinowactwo do kolagenu naturalnego jednego lub wielu typów, lub do sztucznych kolagenów, znajdujących się w formie monomerycznej lub spolimeryzowanej, w próbce biologicznej, materiałowej lub innej.By derivatives, related or similar compounds of the fluorescent marker used are meant chemical compounds that have a related chemical structure, that is, they consist of a fluorophore (contain a chemical moiety that is immediately or after modification to emit luminescence) and the molecular structure attached to it, which together forms a molecule with a mass not exceeding 3000Da, showing affinity for one or more types of natural collagen, or for artificial collagens, in monomeric or polymerized form, in a biological, material or other sample.

PL 219 326 B1PL 219 326 B1

Korzystnymi pochodnymi fluoresceinokarbaminianu eserolino-5'-N-kadaweryny, które mogą być stosowane zgodnie z wynalazkiem są związki o wzorze I:Preferred eserolin-5'-N-cadaverine fluoresceincarbamate derivatives which can be used according to the invention are the compounds of formula I:

gdzie R może oznaczać: H, -OH, -CH3.where R can be: H, -OH, -CH3.

Równie korzystnie pochodną stosowaną według wynalazku może być związek wybrany z grupy zawierającej:Equally preferably, a derivative used according to the invention may be a compound selected from the group consisting of:

Fluoresceino-karbaminian eserolino-5'-N-metylo-kadaweryny:Eserolin-5'-N-methyl-cadaverine fluorescein carbamate:

Metylofluoresceinokarbaminian eserolino-5'-N-kadaweryny orazEserolin-5'-N-cadaverine methylfluoresceincarbamate and

Fluoresceino-karbaminian eserolino-5'-N-metanolo-kadaweryny.Eserolin-5'-N-methanol-cadaverine fluorescein carbamate.

PL 219 326 B1PL 219 326 B1

Pochodne te mogą być otrzymane znanymi metodami.These derivatives can be obtained by known methods.

Kolejnym przedmiotem wynalazku jest barwnik fluorescencyjny do wybarwiania kolagenów zawierający znacznik fluorescencyjny rozpuszczony w odpowiednim roztworze, znamienny tym, że jako znacznik fluorescencyjny zawiera fluoresceinokarbaminian eserolino-5'-N-kadaweryny lub jego pochodną, jak zdefiniowano powyżej.Another object of the invention is a fluorescent dye for staining collagen, containing a fluorescent label dissolved in a suitable solution, characterized in that it comprises eserolin-5'-N-cadaverine fluoresceincarbamate or a derivative thereof as the fluorescent label.

Dla celów niniejszego opisu jako „znacznik fluorescencyjny” należy rozumieć związek chemiczny posiadający powinowactwo do określonej substancji, w tym przypadku kolagenów oraz właściwości fluorescencyjne.For the purposes of this description, a "fluorescent label" is understood to be a chemical compound having an affinity for a specific substance, in this case collagens, and fluorescent properties.

Zastosowany znacznik fluorescencyjny jest związkiem chemicznym zbudowanym ze znanych wcześniej elementów (fizostygmina, fluoresceina, łańcuch węglowodorowy). Cząsteczki te, nie połączone w szczególny sposób w jedną molekułę, nie mają jednak powinowactwa do kolagenów i nie nadają się do barwienia monomerów, fibryli lub włókien kolagenowych. Wymienione cząsteczki, połączone w jeden zespół, wykazują silne powinowactwo do kolagenu. Reakcja (powstanie wiązań chemicznych między cząsteczką fluoresceino-x-fizostygminy a cząsteczkami kolagenu) zachodzi w czasie kilku sekund. Zgromadzone na powierzchni włókien kolagenowych cząsteczki znacznika, po oświetleniu promieniowaniem z zakresu 300-500 nm, np. światłem niebieskim, emitują zieloną fluorescencję, co umożliwia łatwą detekcję położenia w przestrzeni włókien kolagenowych w tkance lub innej próbce zawierającej kolagen.The applied fluorescent marker is a chemical compound composed of previously known elements (physostigmine, fluorescein, hydrocarbon chain). These molecules, not particularly linked to a single molecule, however have no affinity for collagen and are not suitable for dyeing monomers, fibrils or collagen fibers. These molecules, combined in one complex, show a strong affinity for collagen. The reaction (formation of chemical bonds between the fluorescein-x-physostigmine molecule and the collagen molecules) takes place within a few seconds. The tracer particles collected on the surface of collagen fibers emit green fluorescence when illuminated with radiation in the range of 300-500 nm, e.g. blue light, which enables easy detection of the location of collagen fibers in a tissue or other sample containing collagen.

Natomiast jako „barwnik fluorescencyjny” należy rozumieć odczynnik nadający się do bezpośredniego wybarwiania badanego preparatu, mający zazwyczaj postać buforowanego roztworu wodnego, zawierający znacznik fluorescencyjny oraz odpowiednie substancje dodatkowe, przykładowo wodne roztwory buforowe jak bufor fosforanowy, węglanowy lub cytrynianowy, nadające się do stosowania wobec wybarwianych preparatów oraz zapewniającą odpowiednią trwałość odczynnika.On the other hand, the term "fluorescent dye" should be understood as a reagent suitable for the direct staining of the test preparation, usually in the form of a buffered aqueous solution, containing a fluorescent marker and appropriate additives, for example aqueous buffer solutions such as phosphate, carbonate or citrate buffers, suitable for use with stained substances. preparations and ensuring adequate stability of the reagent.

Znacznik według wynalazku może być stosowany w sposobie barwienia kolagenów do obserwacji metodami optycznymi z zastosowaniem fluoroforu, w którym podaje się barwnik zwierzęciu laboratoryjnemu, lub pobiera się próbki żywej tkanki lub próbkę biomateriału, badaną próbkę zawierającą kolageny kontaktuje się ze znacznikiem fluorescencyjnym według wynalazku, tak przygotowaną próbkę pozostawia się na okres od kilku sekund do kilkudziesięciu minut w celu wytworzenia, przez połączenia nie kowalencyjne, kompleksu chemicznego znacznik fluorescencyjny-kolageny, następnie badaną próbkę oświetla się światłem o długości fali od 300 nm do 500 nm i obserwuje się lub bada znanymi metodami optycznymi, mikroskopowymi lub innymi wykorzystującymi fluorescencję, przy czym w razie potrzeby badaną próbkę można utrwalić za pomocą formaldehydu lub innych czynników utrwalających przed rozpoczęciem obserwacji.The label according to the invention can be used in the method of staining collagen for observation by optical methods using a fluorophore, in which the dye is administered to a laboratory animal, or samples of living tissue or a biomaterial sample are taken, the test sample containing collagen is contacted with the fluorescent marker according to the invention, thus prepared the sample is left for a period from a few seconds to several tens of minutes in order to generate, by non-covalent junctions, a chemical complex of a fluorescent marker-collagen, then the test sample is illuminated with light with a wavelength of 300 nm to 500 nm and observed or examined by known optical methods , microscopic or other using fluorescence, whereby, if necessary, the test sample may be fixed with formaldehyde or other fixing agents prior to observation.

Spolimeryzowany kolagen tworzy w tkankach zwierzęcych włókna, które są odpowiedzialne za mechaniczną integralność tkanek oraz pełnią role w rozwoju zarodkowym, gojeniu ran, starzeniu i innych ważnych procesach biologicznych. Znanych jest szereg nabytych lub genetycznych chorób, których przyczyny lub skutki wiążą się z kolagenami. Możliwość detekcji i obserwacji włókien kolagenowych metodami fluorescencyjnymi, m. in. metodą mikroskopii fluorescencyjnej i konfokalnej, może mieć zastosowania w badaniach naukowych i diagnostyce medycznej. Wynalazek pozwala na obserwację kolagenów in vivo w nienaruszonych lub utrwalonych tkankach, lub materiałach zawierających kolagen. Wiązania niekowalencyjne kompleksu chemicznego fluoresceina-x-fizostygmina-kolagen pozwalają zapobiec utracie fluorescencji wybarwionego kolagenu.Polymerized collagen forms fibers in animal tissues that are responsible for the mechanical integrity of the tissues and play a role in embryonic development, wound healing, aging and other important biological processes. A variety of acquired or genetic diseases are known to have causes or effects related to collagens. Possibility of detection and observation of collagen fibers with fluorescent methods, e.g. by fluorescence and confocal microscopy, it can be used in scientific research and medical diagnostics. The invention allows the observation of collagens in vivo in intact or fixed tissues or materials containing collagen. The non-covalent bonds of the fluorescein-x-physostigmine-collagen chemical complex prevent loss of fluorescence in stained collagen.

Załączone figury pozwalają na wyjaśnienie istoty wynalazku.The attached figures allow the essence of the invention to be explained.

Figura 1 przedstawia powinowactwo znacznika fluorescencyjnego do włókien kolagenowych. Pojedyncza fibryla kolagenu spolimeryzowanego in vitro - obraz w świetle odbitym (A) oraz obraz fluorescencyjny, po wybarwieniu z użyciem znacznika fluorescencyjnego (B). Grubość warstwy konfokalnej w obserwacji metodą światła odbitego jest mniejsza niż w obrazie fluorescencyjnym, stąd obraz A pokazuje krótszy fragment lekko wygiętego włókna, niż obraz B.Figure 1 shows the affinity of the fluorescent tag for collagen fibers. Single in vitro polymerized collagen fibril - reflected light image (A) and fluorescence image, after staining with a fluorescent marker (B). The thickness of the confocal layer in the reflected light observation is smaller than in the fluorescence image, hence image A shows a shorter fragment of a slightly bent fiber than image B.

Figura 2 przedstawia specyficzne wiązanie znacznika fluorescencyjnego do włókien kolagenowych w żywych tkankach. Włókna kolagenowe na powierzchni mięśnia szkieletowego myszy (po lewej) i w naczyniach krwionośnych (po prawej). Pole widzenia 160 x 160 μm.Figure 2 shows the specific binding of a fluorescent marker to collagen fibers in living tissues. Collagen fibers on the surface of mouse skeletal muscle (left) and in blood vessels (right). 160 x 160 μm field of view.

Figura 3. przedstawia strukturę biomateriału zawierającego kolagen, używanego w leczeniu ran oparzeniowych.Figure 3 shows the structure of a collagen-containing biomaterial used in the treatment of burn wounds.

Figura 4 prezentuje schemat syntezy znacznika fluorescencyjnego, który składa się fluoresceiny sprzężnej z fizostygminą.Figure 4 shows a scheme for the synthesis of a fluorescent marker that consists of a physostigmine-conjugate fluorescein.

Poniżej zaprezentowano przykładowe realizacje zdefiniowanego powyżej wynalazku.Exemplary embodiments of the above-defined invention are presented below.

PL 219 326 B1PL 219 326 B1

P r z y k ł a d 1P r z k ł a d 1

Otrzymywanie znaczników fluorescencyjnych.Obtaining fluorescent markers.

Oryginalna metoda syntezy znacznika fluorescencyjnego, fluoresceiny sprzężonej z fizostygminą, składa się z pięciu reakcji, przedstawionych na figurze 4. Do skonstruowania sekwencji reakcji prowadzących do syntezy znacznika wykorzystano modyfikacje metod opisanych przez Yu et al. (Yu et al., Heterocycles 1987, 26 (5): 1271-1275) oraz Atack et al (Atack et al., J. Pharmacol. Exp. Ther. 1989, 249 (1): 194-202). Synteza karbaminianu przez bezpośrednie przyłączenie 5-((5-aminopentyl)tiomoczniko)fluoresceiny do eseroliny, z zastosowaniem kilku metod tworzenia karbaminianu, nie prowadzi do otrzymania żądanej struktury.The original method for synthesizing the fluorescein tag, conjugated with physostigmine, consisted of the five reactions shown in Figure 4. Modifications to the methods described by Yu et al. Were used to construct the sequence of reactions leading to the synthesis of the tag. (Yu et al., Heterocycles 1987, 26 (5): 1271-1275) and Atack et al (Atack et al., J. Pharmacol. Exp. Ther. 1989, 249 (1): 194-202). Carbamate synthesis by direct attachment of 5 - ((5-aminopentyl) thiourea) fluorescein to eserolin, using several carbamate formation methods, failed to obtain the desired structure.

Izocyjanian (2) jest otrzymywany zgodnie ze zmodyfikowaną procedurą opisaną przez Nowick i wsp. (Nowick et al., J. Org. Chem. 1992, 57: 7364-7366; Nowick et al., J. Org. Chem. 1996, 61: 3929-3934; Nowick et al., J. Org Chem. 1998, 63: 9144). Roztwór mono-N-t-BOC-kadaweryny (1) w dichlorometanie jest chłodzony do 0°C i wysycany dwuwęglanem wapnia. Dodawany jest trifosgen i dwufazowy układ jest mieszany. Powstaje 5-N-(t-Butyloksykarbonyl)-1-N'-izocyjanatopentan (2).Isocyanate (2) is prepared according to a modified procedure described by Nowick et al. (Nowick et al., J. Org. Chem. 1992, 57: 7364-7366; Nowick et al., J. Org. Chem. 1996, 61 : 3929-3934; Nowick et al., J. Org Chem. 1998, 63: 9144). A solution of mono-N-t-BOC-cadaverine (1) in dichloromethane is cooled to 0 ° C and saturated with calcium bicarbonate. Triphosgene is added and the two-phase system is mixed. 5-N- (t-Butyloxycarbonyl) -1-N'-isocyanatopentane (2) is formed.

Reakcja izocyjanianu (2) z eseroliną (3) jest wykonywana zgodnie z metodą Yu i wsp. (Yu et al., J. Med. Chem. 1999, 42: 1855-1861) oraz Atack i wsp. (Atack et al., J. Pharmacol. Exp. Ther. 1989, 249: 194-202). Fumaran eseroliny jest ekstrahowany do estru dietylowego i odparowywany. Izocyjanian N-t-BOC-kadaweryny (2) jest dodawany w formie emulsji w dietyleterze. Powstaje karbaminian 5'-N-t-BOC-kadawerynoeseroliny (4).The reaction of the isocyanate (2) with eseroline (3) is performed according to the method of Yu et al. (Yu et al., J. Med. Chem. 1999, 42: 1855-1861) and Atack et al. (Atack et al., J. Pharmacol. Exp. Ther. 1989, 249: 194-202). Esperoline fumarate is extracted into the diethyl ester and evaporated. N-t-BOC-cadaverine isocyanate (2) is added as an emulsion in a diethyleter. 5'-N-t-BOC-cadaverine-eseroline carbamate is formed (4).

Do roztworu karbaminianu N-t-BOC-kadawerynoeseroliny (4) o temperaturze 0°C dodawany jest kwas trifluorooctowy (TFA) w celu usunięcia grupy ochraniającej (t-BOC). Powstaje sól trifluorooctowa karbaminianu eserolino-5'-N-kadaweryny (5).Trifluoroacetic acid (TFA) is added to a solution of N-t-BOC-cadaverineeseroline carbamate (4) at 0 ° C to remove the protecting group (t-BOC). The trifluoroacetate salt of eserolin-5'-N-cadaverine carbamate is formed (5).

Związek (5) jest rozpuszczany w diizopropyletylaminie (DEA), a następnie do roztwou dodawany jest 5-izotiocyjanian fluoresceiny (FITC). Powstaje żądany produkt reakcji - tiomocznikowy addukt fluoresceiny do karbaminianu eserolino-5'-N-kadaweryny (6).Compound (5) is dissolved in diisopropylethylamine (DEA), and then fluorescein 5-isothiocyanate (FITC) is added to the solution. The desired reaction product is formed - fluorescein thiourea adduct to eserolin-5'-N-cadaverine carbamate (6).

P r z y k ł a d 2P r z k ł a d 2

Wybarwianie włókien kolagenowychDyeing of collagen fibers

Przechowywanie barwnikaDye storage

Znacznik fluorescencyjny według wynalazku, w postaci proszku, rozpuścić w DMSO do stężenia mM i podzielić na naważki o objętości 5 μ|. Roztwór znacznika fluorescencyjnego przechowywać w temperaturze -18°C. Chronić przed światłem.The fluorescent marker according to the invention, in the form of a powder, dissolved in DMSO to a concentration of mM and divided into 5 µl aliquots. Store Fluorescent Tracer Solution at -18 ° C. Protect from light.

Przygotowanie roztworu do barwieniaPreparation of the staining solution

Rozmrozić porcję roztworu znacznika fluorescencyjnego bezpośrednio przed barwieniem. Wymieszać używając wytrząsarki (Vortex). Chronić roztwór przed światłem.Thaw an aliquot of the fluorescent tracer solution immediately prior to staining. Mix using a shaker (Vortex). Protect the solution from light.

Przygotowanie tkanek do barwieniaPreparation of tissues for staining

Wyizolowany fragment tkanki pozostawić w temperaturze pokojowej, nie chłodzić. Położyć fragment tkanki na sza|ce Petriego z szklanym dnem o grubości 0,17 mm (np. sza|ki produkcji firmy Mattek lub podobnej). Zalać tkankę odpowiednią ilością pożywki hodowlanej o temperaturze 37°C zbuforowanej do kontaktu z powietrzem (tzn. pożywki zachowującej kwasowość pH 7,2-7,4 w równowadze z powietrzem), bez dodatku czerwieni fenolowej. Pożywka powinna zawierać 1% surowicy.Leave the isolated piece of tissue at room temperature, do not cool it. Place the piece of tissue on a petri dish with a glass bottom 0.17 mm thick (e.g. Mattek or similar trays). Flood the tissue with a sufficient amount of air-buffered culture medium at 37 ° C (i.e., medium that maintains an acidity of pH 7.2-7.4 in equilibrium with air), without the addition of phenol red. The medium should contain 1% of serum.

BarwienieColoring

Dodać do pożywki taką objętość wyjściowego roztworu znacznika fluorescencyjnego według wynalazku, aby uzyskać końcowe stężenie 10 μΜ. Usunąć z szalki Petriego zawierającej tkankę zwykłą pożywkę i zastąpić ją pożywką zawierającą znacznik fluorescencyjny. Inkubować 5 do 60 minut, w zależności od typu i grubości tkanki.Add such a volume of the inventive fluorescent tracer stock solution to the medium to obtain a final concentration of 10 μΜ. Remove the normal medium from the Petri dish containing the tissue and replace it with the medium containing the fluorescent marker. Incubate for 5 to 60 minutes, depending on tissue type and thickness.

Jeżeli konieczne jest jednoczesne barwienie innych struktur w badanej tkance, potrzebne barwniki można dodać do pożywki zawierającej znacznik fluorescencyjny lub bezpośrednio do tkanki wybarwionej za pomocą znacznika fluorescencyjnego.If it is necessary to simultaneously stain other structures in the test tissue, the necessary dyes can be added to the medium containing the fluorescent label or directly to the tissue stained with the fluorescent label.

Niespecyficzne barwienieNon-specific staining

Barwienie z użyciem znacznika fluorescencyjnego może prowadzić do pojawienia się niespecyficznego sygnału fluorescencji. Powody i sposób minimalizacji tego problemu podano poniżej:Staining with a fluorescent label may lead to the appearance of a non-specific fluorescence signal. The reasons and how to minimize this problem are given below:

a. niespecyficzne barwienie uszkodzonych komórek występuje w przypadku, gdy znacznik fluorescencyjny uzyskuje dostęp do wnętrza komórek, które mają uszkodzoną błonę plazmatyczną. Zjawisko to występuje w przypadku barwienia tkanki uszkodzonej lub tkanki, która została wyizolowana na wiele godzin przed barwieniem. W tych okolicznościach, z upływem czasu błona zewnętrzna tracia. Nonspecific staining of damaged cells occurs when a fluorescent label accesses the interior of cells that have a damaged plasma membrane. This phenomenon occurs when staining damaged tissue or tissue that has been isolated many hours before staining. Under these circumstances, the outer membrane loses over time

PL 219 326 B1 zdolność rozdzielania środowiska zewnętrznego i wewnętrznego komórki. Wnikanie barwnika znacznika fluorescencyjnego pozwala na wytwarzanie słabych wiązań ze składnikami komórki i słabego barwienia struktur wewnętrznych. Całe wnętrze komórki przybiera wtedy słabą barwę zieloną. Charakter tego wzoru barwienia jest stosunkowo łatwy do rozpoznania i odróżnienia od wybarwionych włókien kolagenowych. Problemu można uniknąć barwiąc nieuszkodzone tkanki zaraz po izolacji.The ability to separate the external and internal environment of the cell. The dye penetration of the fluorescent marker allows for the production of weak bonds with cell components and weak staining of internal structures. The entire interior of the cell then takes on a weak green color. The nature of this staining pattern is relatively easy to recognize and distinguish from stained collagen fibers. The problem can be avoided by staining undamaged tissues immediately after isolation.

b. niespecyficzne barwienie jąder niektórych typów komórek może następować w wyniku penetracji wolnej fluoresceiny przez funkcjonalną błonę komórkową. Wolna fluoresceina może występować w roztworze znacznika fluorescencyjnego - jest to zanieczyszczenie pozostające po syntezie barwnika. Stężenie wolnej fluoresceiny zależy od wydajności procesu oczyszczania zsyntetyzowanego związku.b. Nonspecific staining of the nuclei of some cell types may occur as a result of penetration of free fluorescein through the functional cell membrane. Free fluorescein may be present in the fluorescent tracer solution - this is an impurity left over from dye synthesis. The concentration of free fluorescein depends on the efficiency of the purification process of the synthesized compound.

c. barwienie struktur zawierających cząsteczki podobne do kolagenu. W niektórych typach komórek i tkanek mogą występować cząsteczki zawierające podjednostkę o budowie bardzo zbliżonej do kolagenu. Do cząsteczek tej grupy należy forma acetylcholinesterazy zakotwiczona w błonach komórkowych. Posiada ona w swej strukturze łańcuchy kolagenowe, tzw. kolagen Q. Innym przedstawicielem są lektyny, które zawierają cząsteczki kolagenu (kolektyny). Stężenie tych związków w tkankach jest zazwyczaj wielokrotnie niższe niż stężenie kolagenu, zatem sygnał fluorescencyjny pochodzący od cząsteczek zawierających łańcuchy polipeptydowe podobne do kolagenu jest poniżej poziomu detekcji.c. staining of structures containing collagen-like molecules. Some types of cells and tissues may have molecules that contain a subunit that is very similar to collagen. This group of molecules includes a form of acetylcholinesterase anchored in cell membranes. It has collagen chains in its structure, the so-called collagen Q. Another representative is lectins, which contain collagen molecules (collectins). The tissue concentration of these compounds is usually many times lower than that of collagen, so the fluorescence signal from molecules containing collagen-like polypeptide chains is below the detection limit.

d. barwienie acetylcholinesterazy, poprzez wiązanie znacznika fluorescencyjnego z centrum aktywnym enzymu. Składnikiem cząsteczki znacznika fluorescencyjnego jest fizostygmina - cząsteczka wykazująca powinowactwo do centrum aktywnego cholinesteraz (acetylo- i butyrylocholinesterazy). Ustalono, że wiązanie między znacznikiem fluorescencyjnym a wyizolowanymi cholinesterazami zachodzi, jednak jest słabe i nietrwałe. Powinowactwo znacznika fluorescencyjnego do cholinesteraz nie prowadzi do wyraźnego wybarwienia nerwów cholinergicznych.d. Acetylcholinesterase staining by binding a fluorescent label to the active site of the enzyme. The component of the fluorescent marker molecule is physostigmine - a molecule showing affinity to the active site of cholinesterases (acetyl- and butyrylcholinesterase). It was established that the binding between the fluorescent marker and the isolated cholinesterases takes place, however, it is weak and unstable. The affinity of the fluorescent marker for cholinesterases does not lead to clear staining of the cholinergic nerves.

Blaknięcie i wymiana dynamiczna barwnika (izolowane włókna, nienaruszona tkanka)Fading and dynamic dye exchange (insulated fibers, intact tissue)

Światło wzbudzające fluorescencję znacznik fluorescencyjny prowadzi do uszkodzenia fluoroforu i utraty zdolności do emitowania fluorescencji. Skutkiem blaknięcia jest zmniejszanie intensywności fluorescencji znacznika fluorescencyjnego w badanych obszarze próbki. Spadek intensywności fluorescencji jest jednak znacznie wolniejszy, niż wynikałoby to z tempa blaknięcia fluoroforu użytego znacznika fluorescencyjnego. Przyczyną niespodziewanej stabilności sygnału jest wymiana dynamiczna między pulą znacznika fluorescencyjnego związanego z włóknami kolagenu a pulą obecną w roztworze. Prowadzi to do stałego odtwarzania populacji niewyblakniętych cząsteczek znacznika fluorescencyjnego związanych z włóknami kolagenu. Wykazano to metodą FRAP.The light exciting the fluorescence of the fluorescent marker leads to damage of the fluorophore and loss of the ability to emit fluorescence. The effect of fading is to reduce the fluorescence intensity of the fluorescent marker in the test area of the sample. The decrease in fluorescence intensity, however, is much slower than it would appear from the fading rate of the fluorophore of the fluorescent tracer used. The reason for the unexpected signal stability is the dynamic exchange between the pool of fluorescent marker associated with collagen fibers and the pool present in solution. This leads to a constant reproduction of the population of undyed fluorescent marker molecules associated with the collagen fibers. This was demonstrated by the FRAP method.

Wygaszanie kolizyjneCollision blanking

W przypadku użycia stężeń znacznika fluorescencyjnego przewyższających 10 μΜ, może dochodzić do zgromadzenia takiej liczby cząsteczek barwnika na powierzchni włókien kolagenowych, iż zachodzi zjawisko wygaszania kolizyjnego. Prowadzi to do zmniejszenia intensywności sygnału fluorescencji, mimo wzrostu stężenia barwnika w próbce. Uzyskanie optymalnych warunków barwienia wymaga miareczkowania. W większości przypadków optymalne stężenie znacznika fluorescencyjnego w roztworze wynosi ok. 10 μΜ.When the concentration of the fluorescent marker is used in excess of 10 μ takiej, the amount of dye particles may accumulate on the surface of collagen fibers that the collision quenching phenomenon occurs. This leads to a decrease in the intensity of the fluorescence signal, despite the increase in the concentration of the dye in the sample. To obtain optimal staining conditions, titration is required. In most cases, the optimal concentration of the fluorescent marker in the solution is approx. 10 µΜ.

P r z y k ł a d 3P r z k ł a d 3

Jednoczesne wybarwianie włókien kolagenowych, jąder komórkowych oraz aktywnych mitochondriówSimultaneous staining of collagen fibers, cell nuclei and active mitochondria

Dodać barwnik TMRE do pożywki zawierającej znacznik fluorescencyjny. Końcowe stężenie TMRE powinno wynosić 1 μΜ. Tak przygotowanym roztworem zalać fragment tkanki. Następnie, dodać barwnik Draq5 pobrany bezpośrednio z roztworu dostarczonego przez producenta (Biostatus, UK). Końcowe stężenie Draq5 powinno wynosić 1 μΜ. Inkubować tkankę z roztworem trzech barwników 5-60 minut.Add the TMRE dye to the medium containing the fluorescent label. Final TMRE concentration should be 1 µΜ. Pour the tissue with the prepared solution. Then add the Draq5 dye taken directly from the solution provided by the manufacturer (Biostatus, UK). The final concentration of Draq5 should be 1 µΜ. Incubate the tissue with the three dye solution for 5-60 minutes.

Rejestrowanie obrazów mikroskopowychRecording of microscopic images

Obrazy fluorescencji włókien kolagenowych wybarwionych znacznikiem fluorescencyjnym można oglądać, rejestrować i badać używając standardowego mikroskopu fluorescencyjnego (tzw. szerokiego pola) lub mikroskopu konfokalnego, wyposażonego w źródło światła niebieskiego i typowe filtry optyczne służące do detekcji fluoresceiny lub innego urządzenia badawczego posługującego się fluorescencją i jedną lub kilkoma metodami, jak MP, FRAP, FLIP, FRET, FCS, 4Pi, STED, mikroskopia wykorzystująca modulowane oświetlenie.Fluorescence images of collagen fibers stained with a fluorescence marker can be viewed, recorded and examined using a standard fluorescence microscope (the so-called wide field) or a confocal microscope, equipped with a blue light source and typical optical filters for the detection of fluorescein or other research device using fluorescence and one or more with several methods, such as MP, FRAP, FLIP, FRET, FCS, 4Pi, STED, microscopy using modulated illumination.

PL 219 326 B1PL 219 326 B1

Warunki pomiaru w przypadku próbki wybarwionej znacznikiem fluorescencyjnym, Draq5 i TMRE, mikroskop Bio-Rad MRC1024. Długości fali światła wzbudzającego fluorescencję - 488 nm,Measurement conditions for sample stained with fluorescent marker, Draq5 and TMRE, Bio-Rad MRC1024 microscope. Fluorescence excitation wavelength - 488 nm,

568 nm, laser KrAr, pierwsze lustro dichroiczne T1, drugie lustro dichroiczne T2A, filtry emisyjne568 nm, KrAr laser, T1 first dichroic mirror, T2A second dichroic mirror, emission filters

540/30, 580LP, 630LP.540/30, 580LP, 630LP.

Utrwalanie wybarwionych preparatówFixation of colored preparations

Preparaty wybarwione znacznikiem fluorescencyjnym mogą być utrwalane formaldehydem i pozostają trwałe przez co najmniej kilka dni, jednak jakość uzyskanych obrazów jest gorsza niż w przypadku preparatów zawierających żywe tkanki.Slides stained with a fluorescent marker can be fixed with formaldehyde and remain stable for at least a few days, but the image quality is inferior to that of slides containing viable tissues.

W przypadku barwienia opisanego w przykładzie powyżej barwienie znacznikiem fluorescencyjnym i Draq5 pozostaje widoczne po utrwaleniu tkanki formaldehydem, natomiast barwienie mitochondriów znika z chwilą utraty potencjału mitochondrialnego.In the case of the staining described in the example above, staining with the fluorescent marker and Draq5 remains visible after fixation of the tissue with formaldehyde, while the staining of the mitochondria disappears once the mitochondrial potential is lost.

Claims (2)

1. Zastosowanie związku o wzorze:1. Use of a compound of formula: gdzie R oznacza: H, -OH lub -CH3, do wytwarzania barwnika fluorescencyjnego do wybarwiania kolagenów, przy czym stosowany związek wybiera się zwłaszcza z grupy zawierającej: fluoresceinokarbaminian eserolino-5'-N-kadaweryny, fluoresceinokarbaminian eserolino-5'-N-metylokadaweryny, metylofluoresceinokarbaminian eserolino-5'-N-kadaweryny oraz fluoresceinokarbaminian eserolino-5'-N-metanolokadaweryny.where R is: H, -OH or -CH3, for the production of a fluorescent dye for staining collagen, the compound used being especially selected from the group consisting of: eserolin-5'-N-cadaverine fluoresceincarbamate, eserolin-5'-N-methylcadaverine fluoresceincarbamate , eserolin-5'-N-cadaverine methylfluoresceincarbamate and eserolin-5'-N-methanolcadaverine fluoresceincarbamate. 2. Barwnik fluorescencyjny do wybarwiania kolagenów zawierający znacznik fluorescencyjny rozpuszczony w odpowiednim roztworze, znamienny tym, że jako znacznik fluorescencyjny zawiera związek określony w zastrz. 1.2. A fluorescent dye for staining collagen comprising a fluorescent label dissolved in a suitable solution, characterized in that the fluorescent label is a compound according to claim 1 or 2. 1.
PL384305A 2008-01-22 2008-01-22 Fluorescent marker for collagen-dye PL219326B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL384305A PL219326B1 (en) 2008-01-22 2008-01-22 Fluorescent marker for collagen-dye

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL384305A PL219326B1 (en) 2008-01-22 2008-01-22 Fluorescent marker for collagen-dye

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL384305A1 PL384305A1 (en) 2009-08-03
PL219326B1 true PL219326B1 (en) 2015-04-30

Family

ID=42986792

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL384305A PL219326B1 (en) 2008-01-22 2008-01-22 Fluorescent marker for collagen-dye

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL219326B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
PL384305A1 (en) 2009-08-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Cooper et al. Visualizing morphogenesis in transgenic zebrafish embryos using BODIPY TR methyl ester dye as a vital counterstain for GFP
Matryba et al. Advances in ex situ tissue optical clearing
Dailey et al. Confocal imaging of microglial cell dynamics in hippocampal slice cultures
Boerboom et al. High resolution imaging of collagen organisation and synthesis using a versatile collagen specific probe
Cooper et al. Confocal microscopic analysis of morphogenetic movements
Ashcroft et al. Age‐related changes in the temporal and spatial distributions of fibrillin and elastin mRNAs and proteins in acute cutaneous wounds of healthy humans
WO2017027368A1 (en) Protein retention expansion microscopy
WO2021113505A1 (en) Method for preparing a specimen for expansion microscopy
Biela et al. Col‐F, a fluorescent probe for ex vivo confocal imaging of collagen and elastin in animal tissues
US8153103B2 (en) Conjugates of photo-activatable dyes
Shirakawa et al. Spatiotemporal characterization of intracellular Ca2+ rise during the acrosome reaction of mammalian spermatozoa induced by zona pellucida
Soeller et al. Application of two-photon flash photolysis to reveal intercellular communication and intracellular Ca 2+ movements
PL219326B1 (en) Fluorescent marker for collagen-dye
Dumas et al. Membrane fluidity and oxygen diffusion in cholesterol‐enriched endothelial cells
Molnár et al. Tract-tracing in developing systems and in postmortem human material using carbocyanine dyes
Al-Gubory Fibered confocal fluorescence microscopy for imaging apoptotic DNA fragmentation at the single-cell level in vivo
Stylianou et al. Fluorescence Microscopy of the Cell and Cell Interactions to Study Dynamic Cellular Processes
Osman et al. Fluorescence approaches to image and quantify the demarcation membrane system in living megakaryocytes
Kneen et al. Imaging of renal medullary interstitial cells in situ by confocal fluorescence microscopy
Micotto et al. Fluorescent mimics of 5-hydroxytryptamine based on N-alkylated derivatives of 6-hydroxycarbostyril
RU2620559C1 (en) Method for colouring preparations of whole biological tissues and organs by click histochemistry (variants)
Dailey Optical imaging of neural structure and physiology: Confocal fluorescence microscopy in live brain slices
Kumar et al. Visualization of 3D organoids through the latest advancements in microscopy
Kaestner et al. Non-linear and ultra high-speed imaging for explorations of the murine and human heart
Saal et al. Heat denaturation enables multicolor X10-STED microscopy at single-digit nanometer resolution

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Decisions on the lapse of the protection rights

Effective date: 20110122