Neuartige Zwei-Photonen-Farbstoffe für biomedizinische Anwendungen
Zwei-Photonen-Absorption wird in verschiedenen zellbiologischen Anwendungen eingesetzt, einschließlich dem mikroskopischen Bio-Imaging und bei photoaktivierten Arzneimitteln, in der photodynamischen Therapie und 3D-Mikrofabrikation von biomedizinischen Vorrichtungen. Neben spezifisch angepassten Farbstoffen, die auf Zwei-Photonen-Anregung ansprechen, erfordert die Zwei-Photonen-Absorption auch die Verwendung von optimierten optischen Quellen und Instrumenten. Um dies zu erleichtern, hat das EU-finanzierte Projekt TOPBIO eine Reihe von Disziplinen wie Synthesechemie, Zellbiologie, Nanotechnologie und Laser miteinander kombiniert. Es brachte Experten aus Wissenschaft und Industrie zusammen und trug zur Ausbildung junger Forscher bei. Die Forscher arbeiteten an einem grundlegenden Verständnis der molekularen Designkriterien zur Optimierung der Zwei-Photonen-Absorption. Zu diesem Zweck verwendeten sie Computermethoden, mit denen sie die Reaktion komplizierter Moleküle untersuchen und modellieren konnten, während sie die Umgebung berücksichtigten. Dies ist ein wichtiges Thema für biomedizinische Anwendungen angesichts der Empfindlichkeit der Zwei-Photonen-Absorption gegenüber Umwelteinflüsse. Das Team entwickelte neue praktische Techniken und charakterisierte akkurat die Zwei-Photonen-Absorptionsspektren. Dadurch wurde die Konstruktion der zweiten Generation von Zwei-Photonen-Farbstoffe wesentlich unterstützt, die für nicht fluoreszierenden und fluoreszierenden Anwendungen optimiert wurden. Fluoreszierende Farbstoffe, die in den biologischen Spektren emittieren, könnten in in-vitro und in-vivo-Bildgebung hoher Auflösung Anwendungsmöglichkeiten finden und dadurch die Diagnose von Krankheiten verbessern. Darüber hinaus erforschten die Wissenschaftler Zwei-Photonen-Mikrofabrikation von medizinischen Implantaten oder Gerüsten für die Gewebezüchtung, indem die Polymerisation von biologisch abbaubaren Materialien untersucht und ihre Eignung als Zell-Stütze getestet wurde. Umfangreiche Anstrengungen richteten sich auf die Aufklärung des Mechanismus des durch Zwei-Photonen induzierten Zelltods, der zur Entwicklung von effizienteren Medikamenten für den Einsatz in der photodynamischen Krebstherapie führen könnte. Insgesamt bewältigten die Aktivitäten des TOPBIO-Projektes eine wichtige Herausforderung im Bereich der Biomedizin im Zusammenhang mit Krankheitsdiagnose. Die als empfindliche und lichtstabile Sonden dienenden Farbstoffe von TOPBIO sollen vorhandene Diagnoseverfahren verbessern und auch die zukünftige Forschung vorantreiben.
Schlüsselbegriffe
Farbstoff, Zwei-Photonen-Absorption, Mikrofabrikation, Fluoreszenz, zelluläre Bildgebung, TOPBIO, Gerüst
