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Molekulare Rotoren als Sonden für die Zellviskosität

Im Zuge einer europäischen Untersuchung wurde ein innovativer Ansatz für die Messung der Zellviskosität entwickelt. Es wurden Moleküle synthetisiert, die in viskosen Medien fluoreszieren.
Molekulare Rotoren als Sonden für die Zellviskosität
Die Viskosität biologischer Zellen ist für chemische und biochemische Prozesse sowie für die Moleküldiffusion von herausragender Bedeutung. In Fällen, in denen wie bspw. bei einer photodynamischen Therapie (photodynamic therapy, PDT) bezüglich Krebserkrankungen ein photosensibilisierter Wirkstoff verwendet wird, sind Viskositätsveränderungen beobachtet worden.

Die Wissenschaftler des EU-finanzierten Projekts FLUMVI (Fluorescent macrocycles as functional viscosity probes in live cells) verwendeten diesbezüglich molekulare Rotoren, Fluorophore, in denen die Fluoreszenz von der intramolekularen Rotation abhängt. Diese Moleküle sind ideal, um die Zellviskosität zu bestimmen, da sehr viskose Medien die intramolekulare Rotation hemmen, was zu einer signifikanten Erhöhung der Emissionsintensität und Fluoreszenzlebensdauer führt.

Unter Verwendung neuer Klassen funktioneller Proben und Fluoreszenzlebensdauer-Mikroskopie (fluorescence lifetime imaging , FLIM) machten sich die Forscher daran, die Viskosität in Zellen während der normalen Zellfunktion und der photodynamischen Therapie zu messen. Die ausgewählten Moleküle waren Porphyrazine und Porphycene. pz1 demonstrierte hierbei eine gute zelluläre Aufnahme, welche auf die Nützlichkeit für eine Differenzierung zwischen unterschiedlichen Viskositäten hinwies.

Bei einer Bestrahlung waren die Zellen drastischen morphologischen Veränderungen unterworfen, welche unter anderem eine Zellkontraktion und -abtrennung mit einer gleichzeitigen Erhöhung der pz1-Fluoreszenzlebensdauer beinhaltete. Dies belegte deutlich, dass der strahlungsinduzierte Zelltod eine erhöhte Zellviskosität verursachte. Weitere photophysikalische Experimente zeigten, dass sich die Löslichkeit von pz1 in der Gegenwart von Polymeren erhöhte. Dies könnte von großem Interesse für biologische Anwendungszwecke sein.

Im Hinblick auf Porphycene zeigte die Verbindung TMPc molekulare Rotoreigenschaften, die Fluoreszenzintensität und Fluoreszenzlebensdauer waren jedoch zu gering. Eine Anwendung bei Zellexperimenten ergab keine guten FLIM-Signale von sterbenden Zellen. Dies legt eine Untauglichkeit für die Beobachtung der Zellviskosität während einer PDT nahe.

Insgesamt sollen die FLUMVI-Fluoreszenzsonden Anwendung in verschiedenen Bereichen finden, in denen die Quantifizierung der Zellviskosität erforderlich ist. Hierdurch werden fundamentale Kenntnisse über die komplexe Dynamik wichtiger biologischer Phänomene bereitgestellt.

Verwandte Informationen

Fachgebiete

Scientific Research

Schlüsselwörter

Viskosität, photodynamische Therapie, FLUMVI, Porphyrazine, Porphycene
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