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WissenschafterInnen der Med Uni Graz entwickeln einzigartige Sensoren
Graz (med-uni) - Stickstoffmonoxid (NO) ist ein gasförmiges Radikal, das in den unterschiedlichsten
Zellen des menschlichen Körpers gebildet wird. Auf Grund seiner gefäßerweiternden Wirkung ist es
weltweit das erste medizinische Gas, welches als Arzneimittel zugelassen wurde. WissenschafterInnen am Institut
für Molekularbiologie und Biochemie der Medizinischen Universität Graz gelang es nun erstmals Sensoren
zu entwickeln, welche eine Echtzeitmessung von Änderungen des zellulären NO-Spiegels ermöglichen.
Die bahnbrechende Erfindung wurde jüngst im renommierten Journal Nature Communications publiziert.
Im Zentrum der Forschung: Kleines Molekül mit großer Wirkung
Stickstoffmonoxid (NO) ist ein kleines Molekül, das auf Grund seiner hohen Reaktivität nur eine sehr
kurze Lebenszeit hat. Im menschlichen Körper ist das giftige Radikal beispielsweise an der Durchblutungsregulation
des Herzens und der Skelettmuskulatur beteiligt. Als Signalmolekül des Herzkreislaufsystems reguliert es vorwiegend
den Blutdruck bzw. den Blutfluss, indem seine gefäßerweiternde Wirkung dazu führt, dass Blutgefäße
rasch weitgestellt werden. Auf Grund dieser Wirkung wird es unter anderem in Form von Nitroglycerin in der Behandlung
von angina pectoris oder zur Therapie der erektilen Dysfunktion eingesetzt. "Stickstoffmonoxid kann aber noch
viele weitere positive wie negative biologische Effekte auslösen", ergänzen Assoz.-Prof. Dr. Roland
Malli und DI Emrah Eroglu, BSc, Institut für Molekularbiologie und Biochemie der Med Uni Graz. So hilft es
unter anderem auch unserem Nervensystem beim Lernen oder reagiert als wirksame Waffe unseres Immunsystems im Kampf
gegen bakterielle Krankheitserreger. "Als giftiges Gas steht NO jedoch auch im Verdacht, dem Körper Schaden
zufügen zu können, beispielsweise im Zusammenhang mit der Antibiotikaresistenz einiger Krankheitserreger",
fügen die Forscher der Medizinischen Universität Graz hinzu. Diese möglichen negativen Auswirkungen
beschäftigen die Forschung aktuell zunehmend, wodurch die innovative Grazer Entwicklung von Sensoren zur Messung
des zellulären NO-Spiegels sofort großes internationales Interesse erzeugt hat.
Erstmals Echtzeitmessung des zellulären NO-Spiegels möglich
Mit den aktuell in Verwendung stehenden Messwerkzeugen können die vielen biologischen Effekte von NO in den
Körperzellen nahezu nicht dargestellt werden. "Zur weiteren Erforschung der vielfältigen Wirkungen
von NO ist es unbedingt notwendig, das flüchtige Molekül in den lebenden Zellen aufspüren zu können,
um so Fragen über die Entstehung, Ausbreitung, Wirkung und Verstoffwechselung dieses kurzlebigen freien Radikals
beantworten zu können", erklären die Erfinder der neuen NO-Biosensoren. Die bis dato im Einsatz
befindlichen Möglichkeiten sind zu invasiv und langsam, um auf NO-Veränderungen rasch reagieren zu können.
Die Forschergruppe vom Institut für Molekularbiologie und Biochemie der Med Uni Graz rund um Univ.-Prof. Dr.
Wolfgang Graier, DI Emrah Eroglu, Univ.-Ass. Markus Waldeck-Weiermair und Assoz.-Prof. Dr. Roland Malli, hat nun
neuartige und vielfärbige NO-Sensoren entwickelt, die nach dem Prinzip der Fluoreszensauslöschung funktionieren.
Die geNOps genannten Sensoren - genetically encoded NO probes - ermöglichen erstmals eine Echtzeitmessung
von Änderungen zellulärer NO-Spiegel. Die Arbeit wurde kürzlich im renommierten Journal Nature Communications
veröffentlicht.
Grazer Entwicklung soll weltweit zum Einsatz gelangen
geNOps sind wie natürlich vorkommende genetisch kodierte Eiweißmoleküle aus Aminosäuren aufgebaut
und können von den Zellen selbst innerhalb einiger Stunden durch das Prinzip der Proteinbiosynthese eigenständig
hergestellt werden. "geNOps binden das NO-Molekül hoch spezifisch und verändern dabei schlagartig
ihre Leuchtkraft", gibt Emrah Eroglu, Erstautor der aktuellen Publikation, einen Einblick. Damit ist es nun
erstmals möglich, an Fluoreszenzmikroskopen Konzentrationsveränderungen des vielseitigen NO-Signalmoleküls
in einzelnen Zellen, ja sogar innerhalb der Zellorganellen genau zu verfolgen. Die neu entwickelten verschiedenfärbigen
NO-Fluoreszenzsensoren werden von den WissenschafterInnen an der Med Uni Graz bereits erfolgreich eingesetzt, um
in den verschiedensten Zellen Veränderungen des NO-Spiegels und deren Auswirkungen auf Zellfunktionen zu untersuchen.
Die neue Technologie wurde bereits zum Patent angemeldet und soll in weiterer Folge im Rahmen eines Spin-off-Unternehmens
der Med Uni Graz weiter entwickelt und weltweit zur Verfügung gestellt werden.
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