Katalyse in der Maus

Organ-spezifische Katalyse mit Metallkomplexen in lebenden biologischen Systemen

21.02.2017 - Japan

Adressieren und Liefern: Ein Gold-Katalysator lässt sich gezielt zu einem Zielorgan in höheren Organismen leiten, um dort eine chemische Umsetzung durchzuführen, die durch Bildgebung visualisiert wird. Dieses faszinierende Verfahren hat ein japanisches Wissenschaftler-Team vorgestellt. Es könnte die metallorganische Katalyse für therapeutische oder diagnostische Zwecke zugänglich machen.

Wie kann man einen Wirkstoff in sein Zielgewebe leiten? Wie lässt sich seine Aktivität dort visualisieren? Nichtinvasive Verfahren für die Therapie, Sensorik und Bildgebung gehören derzeit zu den wichtigsten Forschungsthemen in Biologie und Medizin. Katsunori Tanaka und seine Kollegen am RIKEN-Institut und der Kasaner Föderalen Universität (Russland) untersuchen bioaktive Metallkomplexe und darunter insbesondere organische Goldkatalysatoren, um sie für biologisch wichtige Umsetzungen im Zielgewebe einzusetzen. Sowohl der Transport des Goldkatalysators zum gewünschten Zielorgan als auch die Sichtbarmachung seiner Aktivität an dieser Stelle sind eine große Herausforderung.

Goldionen können an Proteine mit bestimmten hydrophoben Eigenschaften gebunden werden, und der Komplex wiederum lässt sich mit Albumin, einem wasserlöslichen häufigen Protein verbinden. Das Albumin wird dann mit zuckerartigen Molekülen belegt, den Glycanen, die wiederum die chemischen Gruppen tragen, die für die Ansammlung des Glycoalbumins in bestimmten Organen verantwortlich sind: "Wir erforschen die Möglichkeiten, organspezifische Glycane als biologisch verträgliche Träger für Metallionen zu verwenden", erläutern die Wissenschaftler. Das Glycoalbumin bringt also den bioaktiven Metallkatalysator zum gewünschten Zielorgan. Der Goldkomplex ist hier ein effizienter Katalysator, der bei der Umsetzung von biologisch relevanten Molekülen mit organischen Substraten hilft, das heißt, er könnte auch als Wirkstoff oder als diagnostisch wichtige Substanz dienen.

Die Wissenschaftler nutzten den Goldkomplex, um einen Fluoreszenzfarbstoff an bestimmte Oberflächenproteine zu binden, die im Zielgewebe vorhanden sind, entweder in der Leber oder im Darm. Um diese Reaktion sichtbar zu machen, verwendeten die Wissenschaftler ein Fluoreszenz-Bildgebungsverfahren, mit dem die ganze lebende Maus erfasst wird. Innerhalb von zwei Stunden nach der Injektion des Katalysators und des Substrats (des funktionalisierten Fluoreszenzfarbstoffs) in den Blutkreislauf belegte eine starke Fluoreszenz in den beiden Organen, dass hier tatsächlich eine eine Umsetzung mit Hilfe des Goldkatalysators stattgefunden hat. Also war in sehr kurzer Zeit, und ohne die mühselige Entwicklung eines Antikörpers, ein katalytisch aktiver Goldkomplex an ein Zielorgan geschickt worden. Für die Zukunft denken die Wissenschaftler an biomedizinische Anwendungen der Metallkatalysatoren mit ihren charakteristischen Reaktivitäten: "Zum Beispiel könnte eine Therapie so aussehen, dass aktive Enzymen für die Krebstherapie freigesetzt werden oder [...] Reaktionen ablaufen, bei denen erst in den Zielorganen aktive Wirkstoffe produziert werden", schreiben sie.

Originalveröffentlichung

Kazuki Tsubokura , Kenward K. H. Vong , Ambara R. Pradipta , Akihiro Ogura , Sayaka Urano , Tsuyoshi Tahara , Satoshi Nozaki , Hirotaka Onoe , Yoichi Nakao , Regina Sibgatullina , Almira Kurbangalieva , Yasuyoshi Watanabe , Katsunori Tanaka; "In Vivo Gold Complex Catalysis within Live Mice"; Angew. Chem. Int. Ed.; 2017

https://www.bionity.com/de/news/161997/katalyse-in-der-maus.html