MCOCM molecular Contrast enhanced Optical Coherence Microscopy
Final Report Abstract
Ziel des Kooperationsprojekts “MCOCM molecular Contrast enhanced Optical Coherence Microscopy” mit Prof. Theo Lasser war es, eine dreidimensionale zeitaufgelöste Tomographie von spezifischen Zellorganellen zu ermöglichen. Dafür wurden in unserer Gruppe proteinbasierte Biopolymere hergestellt, die sich für die Stabilisierung und Funktionalisierung von Gold- aber auch weiteren Nanopartikeln eignen. Es wurden zellkompatible Biopolymere ausgehend von dem Plasmaprotein Serumalbumin entwickelt, an das die benötigen Funktionalitäten gebunden wurden, um (1) die Wechselwirkungen mit Zellen zu steuern, (2) die Zellaufnahme und die intrazelluläre Freisetzung zu induzieren und (3) den intrazellulären Transport zur ultimativen Anreicherung in den gewünschten Organellen zu erreichen. Es wurde eine Synthese – und Funktionalisierungsstrategie entwickelt, gemäß der sich positive Ladungen zur Erhöhung der Wechselwirkungen mit Zellmembranen, Polyethylenglykolgruppen zur kolloidalen und proteolytischen Stabilisierung sowie Wirkstoffe und Fluoreszenzmarker anfügen lassen. Durch den Prozess der Proteindenaturierung und Reduktion wurden alle 34 Disulfidgruppen reduziert, die danach verfügbar sind, um Gold-Nanopartikel zu binden oder eine in situ Synthese von sehr kleinen Gold-Nanopartikeln ermöglichen. Wir konnten die Funktionalisierung von Gold-Nanopartikeln als auch von Quantenpunkten zeigen. Leider wiesen die Gold-Nanopartikel nur eine geringe Fluoreszenzquantenausbeute auf, was eine Charakterisierung mittels konfokaler Mikroskopie erschwerte. Aus diesem Grund haben wir parallel versucht, auch Quantenpunkte zu stabilisieren und zu funktionalisieren. Die Quantenpunkte wurden hinsichtlich ihrer Wechselwirkungen mit Biomolekülen untersucht und wir haben festgestellt, dass die beschichteten Partikel DNA binden und man die Bindung und Freisetzung mittels optischer Methoden sogar in Zellen verfolgen kann. Ferner wurden Wirkstoffe an die Biopolymere angebunden und in Krebszellen freigesetzt. Es konnte eine hohe Zelltoxizität in vitro und ex vivo demonstriert werden. Weiterhin wurden neue Methoden der Konjugation von Polypeptiden, Proteinen und DNA entwickelt und publiziert. Die Charakterisierung der beschichteten Gold-Nanopartikel in Zellen sowie die Einführung organell-spezifischer Funktionalitäten konnte im Rahmen der Förderung nicht finalisiert werden. Allerdings wurde parallel von der Partnergruppe in Lausanne ein neues Verfahren zur markierungsfreien optischen Kohärenzmikroskopie (visOCM) aufgebaut, das eine dreidimensionale nanometergroße Auflösung und Rekonstruktion in Zellen ermöglicht. In der nachfolgenden Antragsphase wurden dann beide Techniken kombiniert, um Mitochondrien präzise zu markieren und diesen Schritt optisch aufzulösen.
Publications
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Wang, T., Pfisterer, A., Kuan, S. L., Wu, Y. Z., Dumele, O., Lamla, M., Müllen, K., Weil, T.
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Kuan, S. L., Stockle, B., Reichenwallner, J., Ng, D. Y. W., Wu, Y. Z., Doroshenko, M., Koynov, K., Hinderberger, D., Müllen, K., Weil, T.
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Kuan, S. L., Wu, Y. Z., Weil, T.
(See online at https://doi.org/10.1002/marc.201200662)
