Botenstoff schaltet Fluoreszenzlicht an

So einfach wie ein Lichtschalter – der mal auf „an“, mal auf „aus“ steht – sollen neuartige Biosensoren den Botenstoff Stickstoffmonoxid anzeigen. Das ist das Ziel des Forschungsvorhabens, dem Dr. Ulf-Peter Apfel von der Friedrich-Schiller-Universität Jena ab Januar 2011 am renommierten Massachusetts Institute of Technology (MIT) im amerikanischen Cambridge nachgehen wird.

Der Chemiker, der gerade seine Dissertation im Institut für Anorganische und Analytische Chemie abgeschlossen hat, wird während seines Aufenthalts am MIT mit einem Feodor-Lynen-Stipendium der Alexander von Humboldt-Stiftung gefördert. Das Stipendium ist zunächst für ein Jahr bewilligt, eine Verlängerung um ein weiteres Jahr aber möglich.

In der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Stephen Lippard wird der 26-Jährige Sensor-Moleküle entwickeln und erforschen, die körpereigenes Stickstoffmonoxid – chemisch kurz NO – nachweisen. „NO ist eine Substanz, die im menschlichen Körper eine Vielzahl biologischer Prozesse reguliert“, erläutert Dr. Apfel den Hintergrund seines Projekts. Es bewirke die Entspannung von Muskelzellen.

Insbesondere die glatte Muskulatur, mit der Blutgefäße ausgekleidet sind, reagiere auf NO mit Erschlaffung. „Dadurch weiten sich die Gefäße, was zu einer Senkung des Blutdrucks führt“, weiß der Jenaer Nachwuchsforscher. NO spiele zudem eine wichtige Rolle bei der Versorgung von Organen und Geweben mit Sauerstoff und Nährstoffen. Darüber hinaus wirkt NO als Neurotransmitter im Gehirn und dient Immunzellen zur Abtötung von Keimen.

„Es werden noch eine ganze Reihe weiterer Funktionen vermutet“, sagt Ulf-Peter Apfel. Allerdings setze die Erforschung dieser Grundlagen wirksame Diagnostik-Instrumente voraus. Und genau die will Apfel mit seinen Kollegen am MIT weiterentwickeln. „Wir konzentrieren uns auf Fluoreszenzfarbstoffe auf Basis sogenannter Übergangsmetall-Komplexe”, beschreibt der Chemiker sein Konzept. Übergangsmetall-Komplexe sind Verbindungen, die Metalle wie Kobalt, Eisen, oder Kupfer enthalten. „Sobald diese Komplexe mit NO in Berührung kommen, wird das Metall freigesetzt und stattdessen NO an den Farbstoff gebunden.“ Was wiederum zur Folge hat, dass der Farbstoff „angeschaltet“ wird und zu fluoreszieren beginnt.

Mit derartigen Biosensoren ließe sich der Botenstoff NO im Organismus direkt nachweisen und sowohl Freisetzung als auch Transport verfolgen. „Das wäre ein enormer Vorteil gegenüber bisher verfügbaren Farbstoffen“, macht Ulf-Peter Apfel deutlich. Bisher erhältliche kommerzielle Sensoren weisen NO nur indirekt, über seine Abbauprodukte, nach. „Wir wollen Sensoren zur Verfügung stellen, die sich bei Anwesenheit von NO direkt färben und seine Bindungspartner aufspüren und so helfen, seine Wirkung aufzuklären“, erläutert der Chemiker.

Kontakt:
Dr. Ulf-Peter Apfel
Institut für Anorganische und Analytische Chemie der Friedrich-Schiller-Universität Jena
August-Bebel-Straße 2
07743 Jena
Tel.: 03641 / 948167
E-Mail: c2appe[at]uni-jena.de