Rhodiumnanokatalysatoren und Hyperpolarisation – Synthese und Erzeugung von biomedizinischen Kontrastmitteln
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Kernmagnetresonanz (NMR) ist ein Phänomen mit geringer Empfindlichkeit. Um Signale um mehrere Größenordnungen zu verstärken wurden Hyperpolarisationsmethoden entwickelt. Eine davon basiert auf para-Wasserstoff, welches ein Spinisomer des Wasserstoffgases ist. Hiermit können Hydrierungen in Lösungsmitteln mittels eines Katalysators durchgeführt werden. Über die vergangenen Jahre ist die Nutzung von para- Wasserstoff zur Signalverstärkung von Stoffwechselmolekülen stark in den Fokus gerückt, denn es verspricht eine Nutzung dieser als Kontrastmittel für die biomedizinische Bildgebung. Dabei hat dieses Verfahren den Vorteil, dass es die Signal von Stoffwechselprodukten in wenigen Sekunden erhöhen kann. Im Laufe des Projekts sollten Möglichkeiten Untersucht werden Nanokatalysatoren herzustellen, mit denen Stoffwechselprodukte effizient hyperpolarisiert werden können und die leicht abtrennbar gemacht werden können, sodass ein aufgereinigte Lösung erhalten wird, um Stoffwechseluntersuchungen durchzuführen. Dabei sollten Liganden, Formen und Immobilisierungsstrategien analysiert werden. Mit Beginn der Projektlaufzeit wurden deuterierte Liganden hergestellt, die positive Effekte auf die Polarisation zeigten. Da es allerdings schwierig war größere Konzentrationen als im einstellig millimolaren Bereich zu polarisieren, wurden alternative Abtrennverfahren für homogene Katalysatoren untersucht. In dem Zuge konnte ein Verfahren entwickelt werden, bei dem Katalysatoren ausgefällt und abfiltriert werden können und Injektionslösungen mit lediglich mikromolaren Metallkonzentrationen erhalten werden, die mehr als 95% Zellviabilität zeigen. Hiermit wurden im Anschluss Zelluntersuchungen durchgeführt, wobei insbesondere der Pyruvat-Laktat-Stoffwechsel untersucht wurde. Schließlich konnten aufgrund des entwickelten Aufarbeitungsverfahren die ersten erfolgreichen Tumorbilder mit para-Wasserstoff generierten Metaboliten von uns aufgenommen wurden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Signal-enhanced real-time magnetic resonance of enzymatic reactions at millitesla fields. Chemical Science, 12(1), 314-319.
Korchak, Sergey; Jagtap, Anil P. & Glöggler, Stefan
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Spontaneous Enhancement of Magnetic Resonance Signals Using a RASER. Angewandte Chemie, 133(38), 21152-21158.
Korchak, Sergey; Kaltschnee, Lukas; Dervisoglu, Riza; Andreas, Loren; Griesinger, Christian & Glöggler, Stefan
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A Field‐Independent Method for the Rapid Generation of Hyperpolarized [1‐13C]Pyruvate in Clean Water Solutions for Biomedical Applications. Angewandte Chemie International Edition, 61(34).
Mamone, Salvatore; Jagtap, Anil P.; Korchak, Sergey; Ding, Yonghong; Sternkopf, Sonja & Glöggler, Stefan
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Metabolic Tumor Imaging with Rapidly Signal‐Enhanced 1‐13C‐Pyruvate‐d3. ChemPhysChem, 24(2).
Hune, Theresa; Mamone, Salvatore; Schroeder, Henning; Jagtap, Anil P.; Sternkopf, Sonja; Stevanato, Gabriele; Korchak, Sergey; Fokken, Claudia; Müller, Christoph A.; Schmidt, Andreas B.; Becker, Dorothea & Glöggler, Stefan
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Rapidly Signal‐enhanced Metabolites for Atomic Scale Monitoring of Living Cells with Magnetic Resonance. Chemistry–Methods, 2(7).
Ding, Yonghong; Korchak, Sergey; Mamone, Salvatore; Jagtap, Anil P.; Stevanato, Gabriele; Sternkopf, Sonja; Moll, Denis; Schroeder, Henning; Becker, Stefan; Fischer, André; Gerhardt, Ellen; Outeiro, Tiago F.; Opazo, Felipe; Griesinger, Christian & Glöggler, Stefan
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Real-time cell metabolism assessed repeatedly on the same cells via para-hydrogen induced polarization. Chemical Science, 14(28), 7642-7647.
Ding, Yonghong; Stevanato, Gabriele; von Bonin, Frederike; Kube, Dieter & Glöggler, Stefan
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Real-Time Pyruvate Chemical Conversion Monitoring Enabled by PHIP. Journal of the American Chemical Society, 145(10), 5864-5871.
Stevanato, Gabriele; Ding, Yonghong; Mamone, Salvatore; Jagtap, Anil P.; Korchak, Sergey & Glöggler, Stefan
