Nanotechnologische Methoden zur Erforschung von Krankheitsursachen
Das Projekt NANOSMARTS (Smart nondimensional biosensors for detection of tumor cells and cytotoxic amyloids intermediates) zielt auf die Entwicklung moderner krebsdiagnostischer Verfahren und die Erforschung neurodegenerativer Erkrankungen ab. Im ersten Projektabschnitt wurden Siliziumnanopartikel (NP) als Fluoreszenzsonden eingesetzt. Da dies jedoch verschiedene Nachteile birgt, wurde alternativ mit Quantenpunkten (QD, quantum dots) gearbeitet, da diese Halbleiter deutlich bessere Fluoreszenzeigenschaften aufweisen. Durch Optimierung von NP-Eigenschaften gelang es, die Anzahl der Bindungsstellen zu erhöhen und Monamino-QD herzustellen, die sich zur Markierung von EGFR (epidermalen Wachstumsfaktorrezeptoren) eignen. Da diese in vielen humanen Krebsarten überexprimiert sind, gelten sie als viel versprechende Wirkstoff-Targets. Im zweiten Projektabschnitt untersuchten die Forscher mittels Dualemissionsband-Fluoreszenzbiosensoren Proteinkonformationen, die mit der Entstehung der Parkinson-Krankheit (PD) assoziiert werden. Charakteristisch für diese Krankheit sind Neuronencluster im Mittelhirn, die hauptsächlich aus dem Protein Alpha-Synuclein (AS) bestehen. NANOSMARTS entwickelte umweltsensitive Sensoren für den intramolekularen Protonentransfer im angeregten Zustand (dual-emission excited-state intramolecular proton transfer, ESIPT), um Umgebungsbedingungen zu analysieren. Mit diesen Sonden wurden anschließend AS markiert, um zwei Aufgabenstellungen zu lösen. Zuerst wurde untersucht, welche Faktoren die Bindung von AS an Membranen beeinflussen. Wie sich herausstellte, bindet AS sehr viel schneller und stärker an negativ geladene Membranen. Die Ergebnisse geben Aufschluss über die Wechselwirkung physischer Membraneigenschaften sowie über AS-Bindungsstellen und –mechanismen. Damit könnte auch deren Rolle bei der Entstehung von PD geklärt werden. Das zweite Ziel war die systematische Überwachung der AS-Aggregation. Entdeckt wurde eine Familie von AS-Aggregationszwischenstufen, die die Forscher als Acunas bezeichneten. Nach Strukturanalysen an Acunas postulierte NANOSMARTS, dass diese aufgrund ihrer spezifischen Eigenschaften Interaktionen mit anderen Proteinen und Strukturen eingehen können. Daraus wiederum entsteht eine toxische Spezies, die letztendlich für die neuronale Fehlfunktion und Degeneration verantwortlich ist.
