Simulationen und Neuartige Katalytische Verfahren zur Empfindlichkeitssteigerung von Biomedizinischen Anwendungen der Magnetischen Resonanz durch Para-Wasserstoff Induzierte Kernspinpolarisation

• Antragsteller: Professor Dr. Gerd Buntkowsky
• Fachliche Zuordnung: Analytische Chemie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 247467975

Die Parawasserstoff induzierte Kernspinpolarisation (PHIP) ist eine sehr effiziente Hyperpolarisierungstechnik zur Signalverstärkung in der NMR-Spektroskopie und MRI Tomographie. In der vorherigen Förderperiode haben wir eine effiziente PHIP-Markierungsstrategie für Peptide entwickelt, bei der nichtnatürliche Aminosäuren mit ungesättigten Alkylfunktionen in den Seitenketten verwendet werden. Eingebaut in Oligopeptide, wie den Sun-Flower Trypsin Inhibitor SFTI-1, gaben sie sehr starke Signalverstärkungen in der Größenordnung von 1000, unter Beibehaltung ihrer Bioaktivität. Unser Hauptziel für den zweiten Projektzeitraum ist die Entwicklung weiterer PHIP-Marker für PHIP-verstärkte 1H- oder 13C-NMR-Untersuchungen und deren Anwendung auf größere Inhibitoren wie Knottine und Affibodies. Dazu werden weitere nicht-natürliche Aminosäuren mit Alkyl tragenden Seitenketten, die für die Festphasen-Peptidsynthese geeignet sind, synthetisiert. Da die Lebensdauer der Hyperpolarisierung, die durch ihre Relaxationszeiten bestimmt wird, für viele Anwendungen entscheidend ist, werden wir nach Bedarf eine selektive 13C-Markierung und eine selektive Deuterierung der Alkylgruppen einsetzen, um das kinetische Fenster von PHIP zu erweitern. Testversuche an kleinen Modellpeptiden werden die PHIP-Effizienz der Marker bestimmen. Die effizienten Marker werden dann in größere Peptide und die Besten schließlich in die oben genannten Inhibitoren eingebaut. Das Endziel besteht darin, herauszufinden, ob die PHIP-verstärkte NMR die Bestimmung der Bindungskonstanten und der Kinetik dieser Inhibitoren und ihrer zugehörigen Enzyme erlaubt. Dazu wird der vorhandene Versuchsaufbau so modifiziert, dass er die Zugabe des Enzyms nach Hyperpolarisierung der Inhibitoren durch PHIP ermöglicht. Parallel dazu möchten wir die Suche nach effizienten PHIP-Markierungen für RNA-Aptamere fortsetzen, sie an kleinen Modellen testen und auf das Flavinmononukleotid (FMN) als interessantes Target-System anwenden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen