ESR-Spinsonden
Diagnostika der Zukunft: Stabile organische Radikale als ESR-Spinsonden
Diagnostische Verfahren, die auf magnetischer Kernspinresonanz basieren, sind aus der modernen Medizin nicht wegzudenken. Elektronenspinresonanz (ESR) ist demgegenüber im Stadium der Erforschung und Entwicklung. In der physikalischen und chemischen Analytik hat sie schon seit einer Weile ihren Platz; in Pharmazie und Medizin muss ihre Rolle erst gefunden werden.
Eine große Herausforderung stellen dabei Design, Synthese und Charakterisierung von Spinsonden dar. Das müssen langlebige organische Radikale sein, die starke Signale geben, als Sensoren (patho)physiologisch wichtiger Parameter dienen können (z.B. pH, Sauerstoff-Konzentration) und natürlich keine Toxizität aufweisen. Persubstituierte Triphenylmethyl-(=Trityl-)Radikale könnten diese Anforderungen erfüllen. Daher arbeiten wir am Design und der Synthese entsprechend hochspezialisierter Trityle sowie an ihrer kovalenten Verknüpfung mit Polymeren, insbesondere Kohlenhydrat-Derivaten.
Eine chemische Verbindung ist paramagnetisch, wenn sie ungepaarte Elektronen aufweist. Viele solcher freien Radikale haben sehr kurze Lebensdauer. Um sie für pharmazeutische und medizinische Zwecke nutzen zu können, müssen sie stabilisiert sein. Das erste stabile organische Radikal war das Triphenylmethyl, das von Moses Gomberg um 1900 beschrieben wurde. In den letzten Jahren sind bedeutende Fortschritte im Wissen und in der Anwendbarkeit von ESR in Biochemie, Medizin und Pharmazie gemacht worden. Für in-vivo-Messungen sind Spektrometer und Imaging-Software erfunden und gebaut worden, die dreidimensionale Darstellung mit kleinen Tieren ermöglichen. Man "sieht" damit die Lokalisation der Spinsonden-Radikale in Organen und Organteilen und kann ihren Weg und Abbau verfolgen.
Triarylmethyl-(TAM-)Radikale sind eine neue Klasse von Spinsonden, die durch eine außergewöhnliche Stabilität auch unter physiologischen Bedingungen ausgezeichnet sind. Sie ermöglichen in-vivo-Monitoring physikochemischer Parameter in dem Gewebe, in dem sie sich aufhalten oder anreichern. Lokaler Sauerstoffgehalt und pH-Wert von Geweben spielen eine große Rolle bei der Einschätzung pathophysiologischer Prozesse, speziell in Tumorgeweben. Synthetische exogene Spinsonden sind diagnostisch besonders attraktiv, da sie wegen der geringen Konzentrationen und damit Störsignale endogener Radikale eine hohe analytische Spezifität bieten.
Kooperationen:
Prof. Dr. Karsten Mäder, Arbeitsgruppe Pharmazeutische Technologie, Institut für Pharmazie, MLU Halle-Wittenberg [LINK]
Prof. Dr. Darius Hinderberger, Physikalische Chemie - Komplexe selbstorganisierende Systeme, Institut für Chemie, MLU Halle-Wittenberg [LINK]
Dr. Valery V. Khramtsov, Davis Heart and Lung Research Institute, Ohio State University, Columbus, Ohio, USA
Prof. Dr. Fuminori Hyodo, Bio-medical Redox Imaging Group, Innovation Center for Medical Redox Navigation, Kyushu University, Fukuoka, Japan
Prof. Dr. Marek Murias, Department of Toxicology, Poznan University of Medical Sciences, Poland
Dr. Agnieszka Boś-Liedke, NanoBioMedical Centre, Adam Mickiewicz University, Poland
Prof. Dr. Victor M. Tormyshev, N. N. Vorozhtsov Novosibirsk Institute of Organic Chemistry, Russia
Dissertaionen und Diplomarbeiten:
M. Platzer, Diplomarbeit, Halle 2012.
D. Müller, Dissertation, Halle 2013.
I. Di Bonaventura, Masterarbeit, Halle/L'Aquila 2014.
M. Elewa, Dissertation, Halle 2017.
F. Tzschökell, Masterarbeit, Halle 2017.
L. Lampp, Dissertation, Halle 2019.