Maßgeschneiderte Fluoreszenzfarben Ein Regenbogen für die biomedizinische Forschung

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Mit einer neuen Klasse fluoreszierender Moleküle sollen sich bildgebende Verfahren in der Biomedizin künftig optimieren lassen. Die Fluoreszenzfarben sind über ein „Baukasten-Prinzip“ einstellbar und ihre Eigenschaften lassen sich durch Computermodelle vorhersagen, wie die Entwickler aus Wien berichten.

Fast zweihundert Jahre nach der Entdeckung, dass das Alkaloid Chinin unter UV-Licht fluoresziert, ist die Verwendung fluoreszierender Moleküle für viele Bereiche de facto unentbehrlich, speziell in der Medizin und Pharmazie. Die Fluoreszenzmikroskopie hat revolutioniert, wie wir biologische Funktionen untersuchen und verstehen können, weil sich Architekturen und Dynamiken innerhalb von Geweben, Zellen und Organellen nun visualisieren lassen. Das Design und die Synthese vielseitiger fluoreszierender Moleküle mit geringem Gewicht (so genannte „small molecules“) und die Fortschritte in der Fluoreszenzmikroskopie sind dabei eng aneinandergekoppelt. Die kontinuierliche Suche nach neuen Fluorophorfamilien mit ergänzenden Eigenschaften bleibt ein wichtiges Ziel.

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Baukasten-Prinzip und Ergebnisvorhersage

Forscher der Universität Wien und der Medizinischen Uni Wien haben nun eine neue Molekülklasse fluoreszierender Substanzen mit außergewöhnlichen Eigenschaften entwickelt: „PyrAt“. Die Entdeckung von PyrAt-Verbindungen, denen ein Imidazo[1,2-a]pyridinium Triflat zugrunde liegt, haben den Forschern zufolge das Potenzial, die Bildgebung zu revolutionieren. Der Clou: Diese neue Klasse von Molekülen kann in einem einzigen Schritt über einen Lego-ähnlichen Ansatz aus leicht zugänglichen Materialien synthetisiert werden – der Prozess ist also modular und flexibel anpassbar. Schlüsselmerkmale der PyrAt-Verbindungen sind unter anderem die große Palette an unterschiedlichen Farben, die mit ihnen erreicht werden können.

Die Emission mancher PyrAt-Verbindungen im Nahinfrarot-Bereich (bei Wellenlängen bis zu 720 nm) ermöglicht neue Perspektiven für die Erforschung des Lebendzellen-Imaging. Dem Team von Letizia González von der Fakultät für Chemie der Universität Wien ist es im durch computergestützte Berechnungen gelungen, die Wellenlängen des von den PyrAt-Verbindungen emittierten Lichts vorherzusagen. Dieses Werkzeug verspricht, Experimente künftig zu optimieren und Entdeckungen auf dem Gebiet zu beschleunigen.

Anwendung in der Biomedizin

Die Kompatibilität mit lebenden Zellen untersuchte Harald Sitte von der Med-Uni Wien. Sein Team wies deren Wirksamkeit nach und zeigte ihre Navigationsfähigkeit innerhalb der zellulären Landschaft, was das Potenzial für Einblicke in zelluläre Funktionen birgt.

„Diese Entdeckung der PyrAt-Verbindungen bedeutet einen großen Fortschritt für unser Verständnis der fluoreszierenden Bildgebung und ihrer Anwendungen in der Medizin“, sagte Iakovos Saridakis, ehemaliger Doktorand an der Universität Wien und Erstautor des Artikels. Mit ihren bemerkenswerten Eigenschaften und vielversprechenden Anwendungen sind die PyrAt-Verbindungen laut den Wissenschaftlern bereit, die fluoreszierende Bildgebung zu verbessern und Fortschritte in der biomedizinischen Forschung für die kommenden Jahre voranzutreiben.

Originalpublikation: Iakovos Saridakis, Margaux Riomet, Oliver J. V. Belleza, Guilhem Coussanes, Nadja K. Singer, Nina Kastner, Yi Xiao, Elliot Smith, Veronica Tona, Aurélien de la Torre, Eric F. Lopes, Pedro A. Sánchez-Murcia, Leticia González, Harald H. Sitte, und Nuno Maulide: PyrAtes: Modular Organic Salts with Large Stokes Shifts for Fluo-rescence Microscopy, Angewandte Chemie International Edition, 03 April 2024; DOI: 10.1002/anie.202318127

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