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Fluoreszenz-Sonden für eine bessere Diagnostik Mit Rotlicht in die Tiefen des Körpers blicken

Quelle: Pressemitteilung Leibniz-Institut für Photonische Technologien (IPHT) 2 min Lesedauer

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Forscher bringen Licht in bisher dunkle Regionen des Körpers. Rotes Licht. Dieses dringt tiefer in Gewebe vor als kurzwelliges blaues Licht, was neue Möglichkeiten eröffnet. Und nun gibt es geeignete fluoreszierende Sonden, die mit dem Rotlicht interagieren und die Biochemie im Körper sichtbar machen können.

Der menschliche Körper ist wie die Tiefsee – herkömmliches UV- oder Blaulicht dringt nicht durch, rotes Licht jedoch schon. Forscher haben nun einen Sensor entwickelt, der Calcium-Ionen mithilfe von rotem Licht nachweist und so Prozesse selbst tief im Gewebe erfassen könnte.(Bild: Aloop)
Der menschliche Körper ist wie die Tiefsee – herkömmliches UV- oder Blaulicht dringt nicht durch, rotes Licht jedoch schon. Forscher haben nun einen Sensor entwickelt, der Calcium-Ionen mithilfe von rotem Licht nachweist und so Prozesse selbst tief im Gewebe erfassen könnte.
(Bild: Aloop)

Der menschliche Körper ist wie die Tiefsee – in seinem Inneren herrscht Dunkelheit. Dabei wäre es von großem Vorteil, wenn Wissenschaftler und Mediziner ins Innere des Körpers blicken könnten, um dessen Funktionsweise zu erforschen und Krankheiten leichter zu erkennen. Tatsächlich gibt es verschiedenste fluoreszierende Sonden, mit denen sich biochemische Prozesse sichtbar machen lassen. Diese benötigen typischerweise UV- oder Blaulicht, welche jedoch kaum durch Gewebe dringen.

Licht, das tiefer geht

Anders ist es mit rotem Licht, was mehrere Millimeter tief in Gewebe eindringen kann, ohne dabei Zellprozesse zu stören. Genau hier setzt ein neu entwickelter Sensor an, den Forscher vom Leibniz-Institut für Photonische Technologien (IPHT) gemeinsam mit Partnern der Universität Leiden entwickelt haben: Er nutzt rotes Licht, um Calcium-Ionen auch in tieferen Zellschichten sichtbar zu machen – und ermöglicht es so, Prozesse zu beobachten, die bisher im Dunkeln lagen.

Die Grundlage für die neue Technik bildet die Triplet-Triplet-Annihilation-Upconversion (TTA-UC). Dabei handelt es sich um einen optischen Mechanismus, bei dem zwei Partnermoleküle rotes Licht absorbieren, die Energie auf ein fluoreszierendes Molekül übertragen – und es zum Leuchten bringen. So entsteht aus energiearmem rotem Licht energiereiches blaues Licht.

„Mit diesem neuen Sensor können wir Calcium-Ionen präzise und empfindlich detektieren, ohne die Nachteile herkömmlicher Methoden in Kauf nehmen zu müssen, wie zum Beispiel schwache Signale oder störende Hintergrundstrahlungen“, erklärt Dr. Tingxiang Yang, die das Verfahren als Doktorandin am Leibniz-IPHT im Rahmen des internationalen Ausbildungsprogramms Logic Lab ITN entwickelte.

Analytikmethoden der Forschungsarbeit

Um den Mechanismus des Sensors zu verstehen und zu optimieren, nutzte Yang modernste spektroskopische Methoden. Am Leibniz-IPHT konnte sie auf hochpräzise Messverfahren zurückgreifen, die speziell für lichtaktive Moleküle entwickelt wurden. Mit Absorptionsspektroskopie untersuchte sie, wie ihre Moleküle Licht aufnehmen. Fluoreszenzlebensdauer-Spektroskopie half ihr zu analysieren, wie lange das Molekül nach der Anregung Licht abstrahlt – ein wichtiger Hinweis auf die Effizienz des Systems. Durch transiente Absorptionsspektroskopie konnte sie zudem den Energiefluss zwischen den Molekülen im Nanosekundenbereich beobachten.

Die Forschungsarbeit zu den Fluoreszenzsensoren ist in diesem animierten Video auf dem Kanal des Leibniz-IPHT anschaulich und kurzweilig zusammengefasst (© Aloop):

Originalpublikation: Andreeva, V. D. et al.: Red-to-Blue Triplet–Triplet Annihilation Upconversion for Calcium Sensing, The Journal of Physical Chemistry Letters, 15(29), 7430–7435 (2024); DOI: 10.1021/acs.jpclett.4c01528

(ID:50399003)

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