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Supramolekulare Chemie

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Wir haben eine fundamental neue Methode entwickelt um biochemische Reaktionen verfolgen zu können. Dazu nutzen wir aus, dass sich die spektroskopischen Eigenschaften von Molekülen verändern, die als Gastmoleküle von supramolekularen Wirtmolekülen gebunden werden. Dies ist insbesondere bei Farbstoffen nützlich, die ihre Farbe oder ihre Fluoreszenzeigenschaften verändern.

Wenn, z. B. durch eine enzymatische Reaktion, neue Moleküle entstehen, die stärker als der Farbstoff an das supramolekulare Wirtmolekül binden, wird der Farbstoff aus dem Supramolekül verdrängt. Dadurch verändert sich die Farbe des Farbstoffs, wodurch sich die biochemische Reaktion nachweisen lässt.

In den letzten Jahren konnten wir unter anderem

• zusammen mit Mikrobiologen Bakterienstämme nachweisen, die Steroidhormone in Abwässern abbauen können Anal. Bioanal. Chem. 2017
• gemeinsam mit Medizinern ein Hochdurchsatzverfahren entwickeln, um Enzyminhibitoren als Leitstrukturen für die Medikamentenentwicklung zu testen SLAS Discov. 2017
• die Methode erfolgreich auf die Magnetresonanztomographie übertragen Angew. Chem. Int. Ed. 2015

Supramolekulare Membrantransporter

Die Fähigkeit der Zelle das Zellinnere von der Umgebung abzuschirmen und einen stabilen Gleichgewichtszustand zwischen der Aufnahme und Ausscheidung von Stoffwechselprodukten aufrechtzuerhalten inspiriert supramolekulare Chemiker seit längerer Zeit dazu diese Fähigkeiten nachzuahmen und möglicherweise supramolekulare Systeme zu entwickeln, die mit lebenden Zellen interagieren können.

Wir haben dazu supramolekulare Transportsysteme entwickelt und untersucht, die hydrophile Substanzen selektiv über Biomembranen transportieren können und bei denen wir den Transportmechanismus ein- und ausschalten können. Dazu gehört ein vom Membranpotential abhängiger Transport von Anionen und der selektive Transport von Peptiden, die durch Phosphatasen dephosphoryliert worden sind.

Membrantransport-Assays

Es ist außerdem in vielen Forschungsgebieten wichtig zu wissen, ob bestimmte Substanzen die hydrophobe Doppellipidschicht von Biomembranen überqueren können, z.B. in der Medikamentenentwicklung und für zell-penetrierende Peptide (CPPs). Beliebte Screeningverfahren, wie der ANTS/DPX- oder CF-Assay, können zwar wertvolle Hinweise geben, aber sie können den tatsächlichen Membrantransport nicht zweifelsfrei nachweisen.

Wie haben vor kurzem eine neue Methode eingeführt, basierend auf supramolekularen Wirt-Farbstoff-Komplexen, die im Vesikelinneren von Liposomen (LUVs und GUVs) eingeschlossen worden sind. Auf diese Art und Weise können extern zugegebene Substanzen nur dann an das Wirtsmolekül binden und den Farbstoff verdrängen, wenn die Substanz tatsächlich die Biomembran überquert und das Vesikelinnere erreicht hat. Dies ermöglicht es jetzt erstmals den Membrantransport anhand der mit der Verdrängung einhergenden Farbveränderung zweifelsfrei nachzuweisen.