Supramolekulare Tandem-Membran-Assays

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Hennig; Professor Dr. Werner Nau
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie ; Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 333358947

Der Membrantransport organischer Moleküle spielt eine wichtige Rolle bei der Entwicklung und Freisetzung von Medikamenten ebenso wie bei dem Wirkmechanismus von antimikrobiellen und zell-penetrierenden Peptiden (CPPs). Den tatsächlichen Transport dieser Verbindungen über die Lipiddoppelschicht zu messen bleibt allerdings eine große experimentelle Herausforderung. Wir haben kürzlich gezeigt, dass sich in Liposomen eingeschlossene supramolekulare Reporterpaare (bestehend aus einem Fluoreszenzfarbstoff und einem makrocyclischen Rezeptor) sehr gut dazu eignen, den Membrantransport organischer Moleküle und Peptide mit einer einfachen, fluoreszenzbasierten Methode zweifelsfrei nachzuweisen, und wollen im Rahmen dieses Forschungsvorhabens den Nutzen und die Anwendbarkeit dieser Methode weiter etablieren.Im Projekt werden wir supramolekulare Reporterpaare in Liposome verschiedener Größen und Zusammensetzung einschließen und mittels absorptions- und fluoreszenzspektroskopischer Methoden den Membrantransport ausgewählter organischer Moleküle und Peptide untersuchen. Dies beinhaltet spektroskopische Charakterisierungen, zeitaufgelöste Messungen einschließlich der Stopped-Flow-Technik für schnelle Kinetiken sowie fluoreszenzmikroskopische Untersuchungen an giant unilamellar vesicles (GUVs) und lebenden Zellen.Wir werden die in diesem Vorhaben zu entwickelnden Supramolekularen Tandem-Membran-Assays anwenden, um den Membrantransport von kleinen, ungelabelten Molekülen und von CPPs zu verfolgen. Dies liefert die Membranpermeabilitätskoeffizienten und die Aktivierungsenergien für den Membrantransport kleiner, organischer Moleküle als experimentelle Referenzdaten, z. B. für Computerstudien. Die Anwendung in sogenannten PAMPA-Assays (parallel artificial membrane transport assays) zeigt mögliche zukünftige Anwendungen im Hochdurchsatz-Screening in der pharmazeutischen Industrie. Wir werden in Liposomen eingeschlossene supramolekulare Reporterpaare auch als Schlüsselkomponenten in weiterentwickelten supramolekularen Sensorsystemen etablieren, in denen der Membrantransportprozess die Detektionsgrenze und Selektivität verbessert, so dass eine um Größenordnungen erhöhte Sensitivität und die Unterscheidung von Peptidsequenzen möglich wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen