Sensor für Stickstoffmonoxid in Sicht

News: Sensor für Stickstoffmonoxid in Sicht

Stickstoffmonoxid kommt nicht nur in der Luft vor, sondern - wie erst seit einigen Jahren bekannt - auch im menschlichen Körper. Hier war es jedoch bisher nur schwer nachzuweisen. Die Aufgaben des Moleküls sind vielfältig: Es wirkt sich auf die Muskelentspannung ebenso aus wie auf unser Erinnerungsvermögen und machte obendrein als Mittel gegen Erektionsstörungen Karriere. Wissenschaftler entdeckten nun eine empfindliche Methode, um das Gas selektiv aufzuspüren.

Die Entdeckung, dass Stickstoffmonoxid im menschlichen Stoffwechsel vorkommt, war 1987 eine große Überraschung. Inzwischen wurden viele biologische Prozesse entdeckt, an denen das Gas als Botenstoff beteiligt ist. So spielt Stickstoffmonoxid eine wichtige Rolle bei der Muskelentspannung, bei Immunreaktionen und hilft unserem Gedächtnis auf die Sprünge. Zum Medienstar wurde das kleine Molekül mit der großen Wirkung 1998, als Viagra auf den Markt kam: Die blaue Wunderpille setzt im Körper NO frei, das aufgrund seiner gefäßerweiternden Wirkung Erektionsstörungen entgegenwirkt.

Ausreichend empfindliche Nachweismethoden für Stickstoffmonoxid sind heiß begehrt, aber noch Mangelware. Das könnte sich bald ändern, denn Stephen J. Lippard, Katherine J. Franz und Nisha Singh vom Massachusetts Institute of Technology haben eine vielversprechende neue Nachweisstrategie für das Gas entwickelt (Angewandte Chemie vom Juni 2000). Ein spezieller Cobaltkomplex ist die Basis der neuen Nachweismethode. Der Komplex besteht aus einem zentralen Cobaltatom, das von den zwei "Armen" eines organischen Liganden wie von einer Klammer umspannt wird. Der Ligand heftet sich mit insgesamt vier Bindungsstellen an das Cobaltatom. Kommt der Komplex mit Stickstoffmonoxid in Berührung, so verdrängen jeweils zwei NO-Moleküle zwei der "Haftpunkte" des Liganden vom Cobalt. Der Ligand ist dann nur noch mit einem seiner zwei "Arme" gebunden. Der Clou der Methode besteht in den Veränderungen der Fluoreszenzeigenschaften des Liganden: Solange er vierfach an das Cobaltatom gebunden ist, wird durch Wechselwirkungen mit dem Zentralatom die Fluoreszenz des Liganden unterdrückt. Ist das eine "Ärmchen" dagegen freigesetzt, kann der Ligand wieder fluoreszieren. Die Fluoreszenz signalisiert also die Anwesenheit von Stickstoffmonoxid. Auf andere Moleküle, wie etwa Sauerstoff, reagiert dieser Nachweis nicht, er ist selektiv.

"Viele der heutigen NO-Nachweise basieren auf der Identifizierung der Abbauprodukte Nitrit und Nitrat. Unser Fluoreszenzindikator reagiert dagegen direkt auf NO. Er hat das Potential, die Bildung von NO sowohl räumlich als auch zeitlich aufgelöst in Echtzeit sichtbar zu machen", hofft Lippard. Derzeit arbeiten die Forscher an der Entwicklung noch empfindlicherer, wasserlöslicher Sensoren mit einer stärkeren Fluoreszenz. "Mit dieser zukünftigen Sensor-Generation sollten NO-Messungen in Zellkulturen möglich sein. Und in ferner Zukunft könnten auch direkte medizinische Anwendungen in Frage kommen", zeigt sich Lippard optimistisch.

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