Entwicklung von Sonden für das selektive Anfärben intrazellulärer Organelle in der Röntgenfluoreszenzspektroskopie von menschlichen Zell- und Gewebeproben

• Antragsteller: Axel Steinbrueck, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Analytische Chemie ; Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 518777768

Im Bereich der medizinischen Forschung hat sich die Röntgenfluoreszenzspektroskopie (XRF) als leistungsstarke Analysetechnik herausgestellt, die den gleichzeitigen Nachweis nahezu aller Elemente, die schwerer als Aluminium sind, in menschlichen Zellen und Gewebeschnitten ermöglicht. Nach einer Reihe technologischer Fortschritte in den letzten Jahrzehnten bietet die moderne XRF eine ausreichende Auflösung, um 2D- und 3D-Elementverteilungskarten von biologischen Proben mit sub-zellulärer Präzision zu erstellen, was die Lokalisierung und Quantifizierung von nahezu allen medizinisch relevanten Metallen und Nichtmetalle in einem einzigen Analyseschritt ermöglicht.Leider wird das herausragende Potential der XRF bisher durch einen kritischen Mangel an verfügbaren Sonden zur Hervorhebung relevanter zellulärer Strukturen (z.B. Mitochondrien, Lysosomen) untergraben. Infolgedessen sind Forscher derzeit gezwungen ihre biologischen XRF-Proben zusätzlichen Analysen zu unterziehen, was zeitaufwendig ist und zum Auftreten unerwünschter Artefakte führt und somit die Zuverlässigkeit der gesammelten Daten beeinträchtigt.Um diesen kritischen Nachteil zu beheben und die beispiellosen Möglichkeiten der XRF für die medizinische Forschung nützlicher zu machen, schlage ich hiermit die Entwicklung einer Reihe einfach zu handhabender XRF-Sonden vor, die die direkte Interpretation erzeugter XRF-Daten ermöglichen.Diese neuartigen Sonden bestehen aus einem fluoreszierenden, XRF-aktiven, bio-orthogonalen Übergangsmetallkomplex mit einem inerten Iridium-, Ruthenium-, oder Rheniumkern, der über einen stabilen Linker mit einer Lokalisiereinheit verbunden ist, um die Sonde in einer spezifischen zellulären Organelle gezielte anzureichern. Dieser modulare Aufbau ist komplementiert mit einer „mix-and-match“ Synthesestrategie zur effizienten Generierung einer Vielzahl von diversen Sonden mit verschiedenen Detektions- bzw. Zieleinheiten, die sowohl mittels XRF als auch mit herkömmlicher „live-cell“ Fluoreszenzspektroskopie verfolgt werden können. Diese Kombination erlaubt für eine effiziente Validierung und Optimierung der XRF-Sonden und ermöglicht es den Endnutzern eine auf die spezifischen Anforderungen des jeweiligen Forschungsprojekts zugeschnittene Sonde zu wählen.Mit meiner umfangreichen Erfahrung in der Synthese und Evaluierung von chemischen Sensoren sowie organelle-anvisierenden potenzielle Chemotherapeutika und meinem breit gefächerten Hintergrund in supramolekularer und medizinischer Chemie bin ich der ideale Kandidat zur Durchführung dieses anspruchsvollen Projekts. Darüber hinaus ist die Metzler-Nolte-Gruppe an der Ruhr-Universität Bochum die perfekte Gastinstitution um den erfolgreichen Abschluss dieses Forschungsvorhabens zu ermöglichen, da hier umfangreiches Wissen über die Synthese von Metallkomplexen, eine Fülle von verfügbaren Instrumenten, und der wertvolle Zugang zu externen Synchrotroneinrichtungen verfügbar ist um die erzeugten XRF-Sonden zu validieren.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle