Neue Moleküle fluoreszieren in allen Regenbogenfarben

Fluoreszierende Moleküle machen die Visualisierung von Gewebe und Zellen möglich und sind daher in der Medizin und Pharmazie unverzichtbar. Ein Team um Nuno Maulide und Leticia González von der Fakultät für Chemie der Universität Wien, sowie um Harald Sitte von der MedUni Wien, hat eine Reihe neuartiger fluoreszierender Moleküle entwickelt. Diese können in einem einzigen Schritt über ein Lego-ähnliches modulares System einfach hergestellt werden und leuchten in allen Farben des Regenbogens. Die Ergebnisse wurden nun im Journal Angewandte Chemie International Edition publiziert.

Fast zweihundert Jahre nach der Entdeckung, dass das Alkaloid Chinin unter UV-Licht fluoresziert, ist die Verwendung fluoreszierender Moleküle für viele Bereiche de facto unentbehrlich, im Speziellen Medizin und Pharmazie. Die Fluoreszenzmikroskopie hat revolutioniert, wie wir biologische Funktionen untersuchen und verstehen können, weil Architekturen und Dynamiken innerhalb von Geweben, Zellen und Organellen erstmals visualisiert werden konnten. Das Design und die Synthese vielseitiger fluoreszierender Moleküle mit geringem Gewicht (sogenannte "small molecules") und die Fortschritte in der Fluoreszenzmikroskopie sind dabei eng aneinandergekoppelt. Die kontinuierliche Suche nach neuen Fluorophorfamilien mit ergänzenden Eigenschaften bleibt ein wichtiges Ziel.

Forscher*innen der Universität Wien und der MedUni Wien haben nun eine neuartige Molekülklasse fluoreszierender Substanzen mit außergewöhnlichen Eigenschaften entwickelt: "PyrAte". Die Entdeckung von PyrAt-Verbindungen, denen ein Imidazo[1,2-a]pyridinium Triflat zugrunde liegt, haben das Potenzial, die Bildgebung zu revolutionieren. Der Clou: Diese neue Klasse von Molekülen kann in einem einzigen Schritt über einen Lego-ähnlichen – also höchst modularen – Ansatz aus leicht zugänglichen Materialien synthetisiert werden. Schlüsselmerkmale der PyrAt-Verbindungen sind unter anderem die große Palette an unterschiedlichen Farben, die mit ihnen erreicht werden können.

Die Emission mancher PyrAt-Verbindungen im Nahinfrarot-Bereich (bei Wellenlängen bis zu 720 nm) ermöglicht neue Perspektiven für die Erforschung des Lebendzellen-Imaging. Dem Team von Letizia González ist es im nächsten Schritt durch Computergestützte Berechnungen gelungen, die Wellenlängen des von den PyrAt-Verbindungen emittierten Lichts vorherzusagen. Dieses Werkzeug verspricht, Experimente künftig zu optimieren und Entdeckungen auf dem Gebiet zu beschleunigen. 

Die Kompatibilität mit lebenden Zellen untersuchte Harald Sitte von der MedUni Wien. Sein Team wies deren Wirksamkeit nach und zeigte ihre Navigationsfähigkeit innerhalb der zellulären Landschaft, was das Potenzial für beispiellose Einblicke in zelluläre Funktionen birgt.

"Diese Entdeckung der PyrAt-Verbindungen bedeutet einen großen Fortschritt für unser Verständnis der fluoreszierenden Bildgebung und ihrer Anwendungen in der Medizin", sagte Iakovos Saridakis, ehemaliger Doktorand an der Universität Wien und Erstautor des Artikels. Mit ihren bemerkenswerten Eigenschaften und vielversprechenden Anwendungen sind die PyrAt-Verbindungen bereit, die fluoreszierende Bildgebung zu revolutionieren und Fortschritte in der biomedizinischen Forschung für die kommenden Jahre voranzutreiben. 

Originalpublikation in Angewandte Chemie International Edition: 

PyrAtes: Modular Organic Salts with Large Stokes Shifts for Fluo-rescence Microscopy
Iakovos Saridakis, Margaux Riomet, Oliver J. V. Belleza, Guilhem Coussanes, Nadja K. Singer, Nina Kastner, Yi Xiao, Elliot Smith, Veronica Tona, Aurélien de la Torre, Eric F. Lopes, Pedro A. Sánchez-Murcia, Leticia González, Harald H. Sitte, und Nuno Maulide
DOI: 10.1002/anie.202318127

Abbildung: 

Abb. 1 : Modulare Herstellung der PyrAt-Verbindungen und Palette an zugänglichen Fluoreszenzfarben. C: Maulide Group

Mehr Inhalte finden Sie in der übergreifenden Rubrik Mathematik und Technologie im Wissenschaftsmagazin Rudolphina der Universität Wien.