| Polymethine und verwandte Farbstoffe als molekulare optische Sonden für Membranpotentiale in Lipid-Doppelschichten Zellmembranpotentialänderungen, die durch passiven und spannungsgeregeltem Ionentransport durch die Zellmembran entstehen, werden mit Fluoreszenzspektroskopie sowie mit nichtlinearer optischer Spektroskopie und Mikroskopie detektiert. Für die Untersuchungen mit Fluoreszenzspektroskopie wurden bichromophore Farbstoffe, die aus miteinander verbrückten Absorber- und Emitter-Chromophore bestehen, entwickelt. Geeignete Absorber sind Dialkylaminostyrylpyridinium-Derivate, die aufgrund ihrer amphiphilen linearen Struktur sehr effizient in die äußere Zellmembranschicht eingelagert werden. Als Emitter wurden verschiedene Cyanin-Farbstoffe eingesetzt, die in der extrazellulären Lösung verbleiben. Die Emitterfluoreszenz, die durch selektive Anregung des Absorbers erzeugt wird, ist ein Maß für den Fluoreszenzanregungsenergietransfer (FRET) und als solches sensitiv gegen Zellmembranpotentialänderungen. Als nichtlinear optische Zellmembranpotentialsonden werden nicht-zentrosymmetrische Hemicyanin-Farbstoffe eingesetzt. Diese Farbstoffe verfügen über eine sehr große Hyperpolarisierbarkeit entlang der langen Molekülachse und werden aufgrund ihrer amphiphilen Struktur sehr stabil in die äußere Zellmembran eingelagert. Die parametrischen Prozesse der Frequenzverdopplung (SHG) und Summenfrequenzerzeugung (SFG) der eingelagerten Hemicyanin- Farbstoffe werden mit den 80-fs-Pulsen eines Titan-Saphir-Lasers bei 800 nm angeregt, und das SHG- oder SFG-Signal entweder zeitaufgelöst spektroskopisch oder lateral aufgelöst mikroskopisch detektiert. Während die Potentialsensitivität des FRET der Bichromophore in Modellmembranen nachgewiesen wurde, gelangen die SHG-spektroskopischen und SFG-mikroskopischen Untersuchungen von Membranpotentialänderungen auch in lebenden Zellen, wie in Hamsterovarzellen, in Retzius-Neuronen des medizinischen Blutegels und in Herzmuskelzellen von adulten Ratten. | Projektleitung:
Prof. Dr. Carola Kryschi, Prof. Dr. Dankward Schmid, Prof. Dr. Hans-Dieter Martin
Beteiligte:
Wimmer, Thomas, Dr. Christine Fuchs, Dr. Britta Reiffers, Dr. Lars Schneider, Dr. Dorette Witzak, Dr. Ulfert Meyer-Beeck, Dr. Stephan Beutner, Dr. Petra Schulten, Prof. Dr. Wolfgang Schlue, Dr. Volker Kraus
Stichwörter:
nichtlineare optische Spektroskopie und Mikroskopie, Zellmembranpotentialänderungen, Aktionspotentiale
Laufzeit: 1.8.1998 - 30.4.2002
Förderer:
Deutsche Forschungsgemeinschaft
Mitwirkende Institutionen:
Institut für Organische Chemie und Makromolekulare Chemie I, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf
Lehrstuhl für Festkörperspektroskopie (IPkM), Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf
Lehrstuhl für Klinische Pharmakologie und Klinische Toxikologie, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Kontakt:
Kryschi, Carola
Telefon +49.9131.8527307, Fax +49.9131.8528796, E-Mail: carola.kryschi@fau.de
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