Elementmarkierung von Peptiden

Peptide spielen in der pharmazeutischen und diagnostischen Medizin eine ausgesprochen wichtige Rolle und ihre genaue Quantifizierung in biologischen Systemen erfordert selektive und empfindliche analytische Methoden. Unsere Kooperation - eine Zusammenarbeit zwischen der Abteilung für Analytische Chemie an der Universität für Bodenkultur und der Medizinischen Universität Wien - zielt auf die Entwicklung neuer Strategien zur Quantifizierung von Peptiden mittels Elementmarkierung ab. Die Integration dieser Strategie in die biomedizinische Forschung öffnet den Weg zu neuen analytischen Konzepten für präklinische Studien, weil sie die genaue absolute Quantifizierung von Peptiden und die Untersuchung der Interaktion von Peptiden mit möglichen zellulären Zielsubstanzen ermöglicht. Ein Wirkstoff, welcher gegenwärtig in einer präklinischen Studie getestet wird, dient als Modellsubstanz für das Forschungsvorhaben. Das Peptid zeigte vielversprechende Ergebnisse bei der Reduktion von entzündlichen Reaktionen am Herzmuskel, die in Folge einer Herzinfarktbehandlung auftreten können. Um das Peptid mit höherer Empfindlichkeit nachweisen zu können wird dieses mit Hilfe einer komplexbildenden Ringstruktur mit einem Indiumatom markiert. Zum ersten Mal wird die Quantifizierung eines elementmarkierten Wirkstoffes in in vitro Zellexperimenten mittels Flüssigkeitschromatographie mit induktiv gekoppeltes Plasma Massenspektrometrie (LC- ICP-MS) erfolgen. In einem weiteren Schritt werden die Vorteile der Methode im Zusammenhang mit der Untersuchung von Peptid/Protein Wechselwirkungen gezeigt werden. Es werden wichtige Informationen zur Erhöhung von Empfindlichkeit und Selektivität, zur zellulären Aufnahme der Peptids sowie zu möglichen Interaktionspartnern erhalten werden. Die neuen Ergebnisse zur Stabilität von Produkten verschiedener chemischer Markierungsstrategien werden einen wichtigen Beitrag zum Gebiet der Elementmarkierung von Biomolekülen, speziell im Bereich Biomarker liefern.

Im Rahmen des Projektes Elementmarkierung von Peptiden wurden analytische Strategien zur Quantifizierung von Biomolekülen in biomedizinischen Proben mittels Elementmarkierung in Kombination mit der Detektion durch die hochempfindliche induktiv gekoppelte Plasma Massenspektrometrie (ICP-MS) entwickelt. In weiterer Zukunft sollen diese Methoden in der routinemäßigen Quantifizierung von z.B. Peptidwirkstoffen und Biomarkern im Ultra-Spurenbereich Anwendung finden. Für die Implementierung solcher Konzepte in die Routinediagnostik ist nicht nur eine umfassende Kenntnis über den Mechanismus von Elementmarkierungstechniken Voraussetzung, sondern auch eine detaillierte Charakterisierung der elementmarkierten Substanzen und des Detektionsprozesses notwendig. Im Projekt wurde deshalb Grundlagenforschung zur Entwicklung von Strategien für die Elementmarkierung von Biomolekülen, zur Charakterisierung der markierten Moleküle und zur Entwicklung von elementanalytischen Trenn- und Detektionsmethoden zur quantitativen Anwendung des Konzepts der Elementmarkierung im biologischen und medizinischen Bereich durchgeführt. In Zusammenarbeit mit der Forschungsabteilung Biologie & Pathobiologie der Haut (SERD) der Medizinischen Universität Wien wurden die neuen Methoden erfolgreich zur empfindlichen Quantifizierung eines Peptidwirkstoffs in Zellversuchen angewandt. Des Weiteren wurde der Prozess der Elementmarkierung von Biomolekülen am Beispiel eines Antikörpers weiter optimiert und die hochempfindliche und hochspezifische Detektion eines Krebs-Biomarkers mittels des elementmarkierten Antikörpers erfolgreich durchgeführt. Die Ergebnisse des Projektes wurden in internationalen wissenschaftlichen Fachzeitschriften publiziert und bieten die Grundlage für die Weiterentwicklung der elementbasierten Analyse von Biomolekülen im diagnostischen Bereich von flüssigen klinischen Proben und zur bildgebenden Analyse von Gewebeproben.