Eine multiparametrische und simultane Studie des Energiemetabolismus, der Sauerstoffkonzentration und des intrazellulären pH durch metabolisches FLIM und PLIM neuer phosphoreszierender Iridiumkomplexe (SIMOPI)

• Antragstellerin: Dr. Angelika Rück
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 449775525

Stoffwechselstörungen verursachen signifikante Veränderungen im Energiestoffwechsel und in der mitochondrialen Atmung der Zellen. Dies kann andere Faktoren wie den zellulären pH-Wert und/oder die Sauerstoffkonzentration beeinflussen. Glykolytische Stoffwechselwege, umgekehrter pH-Gradient und hypoxischer Status sind oft korreliert. Daher soll untersucht werden, wie Veränderung des Energiestoffwechsels mit einer möglichen Induktion von abnormalem zellulärem sauren oder alkalischen Stress, der schließlich die Zellatmung hemmt, korrelieren. Unser Projekt ist eine Zusammenarbeit zwischen der Universität Ulm und der Staatlichen Universität St. Petersburg, in der Studien durchgeführt werden, die die Beziehung zwischen dem mitochondrialen Energiestoffwechsel, dem intrazellulären und mitochondrialen pH-Wert und dem Sauerstoffgehalt sowohl in normalen als auch in Krebszellen unter Verwendung von zeitaufgelösten Fluoreszenz- und Phosphoreszenz-Lebensdauer-Bildgebungsverfahren aufklären. Wir werden den Einfluss hypoxischer Umgebungsbedingungen untersuchen, indem wir phosphoreszierende Sensoren verwenden, deren Phosphoreszenz sowohl sauerstoff- als auch wasserstoffionensensitiv sind. Dazu werden neu synthetisierte Komplexe auf der Basis von Ir(III), verwendet. Gleichzeitig wird der Zellstoffwechsel durch die Fluoreszenzlebensdauer von metabolischen Coenzymen wie NADH und FAD untersucht. Die deutsche Forschungsgruppe verfügt über umfangreiche Kenntnisse und Erfahrungen mit Lumineszenz-Lebensdauer-Techniken (FLIM/PLIM) zur Untersuchung des Energiestoffwechsels und der damit verbundenen Änderungen des intra- und extrazellulären pH-Wertes sowie der zellulären Sauerstoffkonzentration. Die Forschungsgruppe in Russland verfügt über umfangreiche Expertise in der Konstruktion, Synthese und Anwendung neuartiger phosphoreszierender Übergangsmetallkomplexe. In diesem Rahmen wird die deutsche Forschungsgruppe in-vitro-Experimente und Assays mit humanen Keratinozyten und oralen Plattenepithelkarzinom-Zelllinien bei verschiedenen Sauerstoffkonzentrationen durchführen. Metabolische Modifikationen und mögliche Veränderungen des pH-Wertes werden mit FLIM von NADH und FAD und PLIM von neuartigen phosphoreszierenden Iridium-Sensoren untersucht. In der Studie wird eine zweiphotonenangeregte FLIM/PLIM-Bildgebung mit zeitkorrelierter Einzelphotonenzählung (TCSPC) verwendet. Unsere Bemühungen werden neue Werkzeuge zur Untersuchung der funktionellen Phosphoreszenz-Lebensdauer-Bildgebung mit neuartigen Iridium-Komplexen hervorbringen. Das Ergebnis wird das Wissen über die Korrelation zwischen Energiestoffwechsel, Sauerstoffspannung und intrazellulärem pH-Wert sein. Die Dauer des Verbundprojektes wird voraussichtlich 3 Jahre betragen. Eine mögliche Projektverlängerung könnte die Anwendung neuartiger Sauerstoff- und pH-Sensoren in komplexen zellulären Systemen wie Organoiden und resezierten Biopsien und daraus folgende Verbesserungen für klinisch diagnostische Anwendungen umfassen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Foundation for Basic Research, bis 3/2022
• Kooperationspartner: Ilya Kritchenkov, bis 3/2022