Fluoreszierende Moleküle sollen das Leben erhellen: Vereinfachte Synthese mit Formaldehyd

Einem Forschungsteam gelang kürzlich ein Durchbruch bei der kostengünstigeren und atomeffizienteren Synthese organischer Fluorophore als je zuvor, indem es Formaldehyd, das einfachste Kohlenstoffmolekül, verwendete. Ihre Erkenntnisse waren veröffentlicht In Angewandte Chemie Internationale Ausgabe am 18. September.

Organische Fluorophore, die für ihre Fähigkeit bekannt sind, durch Absorption bestimmter Lichtwellenlängen zu fluoreszieren, werden häufig in der medizinischen Diagnostik und Biobildgebung eingesetzt, einschließlich der Verfolgung von Krebszellen und der genetischen Analyse. Bei der Synthese von Trimethincyanin (Cy3), einem häufig verwendeten organischen Fluorophor, handelt es sich jedoch traditionell um eine komplexe Verbindung mit hohem Molekulargewicht, was zu zahlreichen Nebenprodukten und einer geringen Atomeffizienz führt.

Um dieses Problem anzugehen, verwendete das Team Formaldehyd (HCHO) – ein einfaches Molekül, das aus einem Kohlenstoffatom (C), zwei Wasserstoffatomen (H) und einem Sauerstoffatom (O) besteht. Während Formaldehyd durch die Reaktion mit Proteinen und DNA in vivo toxisch werden kann, dient es in der organischen Synthese als wertvolles Werkzeug zur Bildung neuer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen.

Durch die Verwendung von Formaldehyd anstelle herkömmlicher komplexer Verbindungen zur Hinzufügung von Kohlenstoff in die Molekülkette, einem entscheidenden Schritt in der Cy3-Synthese, reduzierte das Team die für den Prozess erforderliche Molekülgröße erheblich und maximierte so die atomare Effizienz. Darüber hinaus haben sie die traditionelle mehrstufige asymmetrische Cy3-Synthese zu einer Eintopfreaktion optimiert, wodurch zusätzliche Stufen entfallen und die Syntheseeffizienz gesteigert wird.

Das Team untersuchte auch, ob seine Technik auf Zellen und Gewebe angewendet werden könnte, da bestimmte Mengen an Formaldehyd in vivo während des Stoffwechsels auf natürliche Weise produziert werden. Bei ihrer Analyse des Dünndarmgewebes von Ratten stellten sie fest, dass die entzündungsinduzierte Gruppe im Vergleich zur normalen Gruppe ein schwächeres Fluoreszenzsignal aufwies. Dies wurde auf einen relativ geringeren Formaldehydspiegel während der Entzündung zurückgeführt, der die Cy3-Synthese einschränkte. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Methode des Teams nicht nur auf die In-vitro-Synthese, sondern auch auf In-vivo-Umgebungen anwendbar ist.

Das Team wurde von Professor Young-Tae Chang vom Department of Chemistry bei POSTECH und Dr. Sun Hyeok Lee vom Basic Science Research Institute von POSTECH geleitet.

Professor Young-Tae Chang sagte: „Dies ist die erste erfolgreiche Synthese von Cy3-Molekülen unter Verwendung von Formaldehyd. Unsere Methode ist nicht nur kostengünstig und äußerst atomeffizient, sondern kann auch in vivo eingesetzt werden, wodurch die potenziellen Anwendungen organischer Fluorophore erweitert werden.“ in der biowissenschaftlichen Forschung und Diagnostik.“