Känsliga reportermolekyler för biomaterial
Björn Önfelt behandlar i sin doktorsavhandling fundamentala fotofysikaliska egenskaper hos en serie syntetiskt framställda ruteniumkomplex samt deras interaktion med biomolekyler. Kemiska föreningar av den typ som studerats kan effektivt ta upp energin i synligt ljus, t ex. solljus. Liknande kemiska ämnen har därför använts i bl. a. fotoceller. Det finns en rad andra tänkbara användningsområden, t. ex. inom läkemedelsforskning, för den här klassen av molekyler.
För att utveckla nya användningsområden är det mycket viktigt att ha detaljerad förståelse för hur molekylerna interagerar med ljus och hur den ”fångade” energin senare avges till omgivningen. Detta kan ske antingen genom att ljus sänds ut, fluorescens, eller via värme. Björn Önfelt har undersökt hur en speciell typ av ruteniumkomplex gör sig av med tillförd energi i olika omgivningar. Det visar sig att molekylen avger energin mycket snabbt och effektivt när den befinner sig i vattenlösning men långsamt och ganska ineffektivt när den befinner sig i de flesta organiska lösningsmedel och, kanske viktigast, när molekylen är bunden till DNA. När energin avges effektivt fluorescerar molekylen lite men när processen är mindre effektiv sänds mer ljus ut genom fluorescens.
Vidare har ruteniumkomplexens DNA-bindingsegenskaper undersökts. Många cancerläkemedel består av molekyler med stark binding till DNA. Dessa molekyler sätter sig fast på DNA och stör vitala funktioner som bl. a. celldelning, vilket leder till att cellerna dör.
– Vi har tillverkat och undersökt en molekyl med extremt hög benägenhet att binda till DNA och extremt långsam dissociation från DNA. Interaktionsmekanismen har studerats i detalj och det har visat sig att binding och dissociation måste innefatta stora tillfälliga konformationsändringar hos DNA- molekylen, sägen Björn Önfelt.
Detta har bidragit till en ökad förståelse för hur DNA själv fungerar. Kunskapen är viktig för att förstå de konformationsändringar som är nödvändiga för DNA-molekylens funktion i biologiska sammanhang där den hela tiden interagerar med olika typer av biomolekyler för att skapa nya celler eller för att fungera som kod för att skapa proteiner.
Slutligen har ruteniumkomplexens förmåga att binda till DNA och samtidigt sända ut ljus kombinerats i en studie på levande celler. Studien visade att den undersökta molekylen inte var toxisk mot den celllinje som studerades, antagligen på grund av att molekylen inte kunde komma in genom cellernas membran. Däremot fungerade molekylen utmärkt som fluorescent färgämne för att detektera och studera cellernas kromosomer efter att membranet gjorts genomträngligt. Det faktum att molekylen fluorescerar när den är bunden till DNA men inte i vattenlösning var positivt i detta sammanhang, eftersom bakgrundsfluorescensen var i det närmaste obefintlig. För närvarande sker en explosionsartad utveckling av tekniker för att studera celler och biomolekyler med hjälp av fluorescensmikroskopi och i det sammanhanget kommer det att vara mycket viktigt att utveckla de bästa färgämnena och att kartlägga deras fotofysikaliska egenskaper. Att ha molekyler som kan ge olika signaler beroende på vilken omgivning de befinner sig i är till stor nytta för att skapa detaljerade mikroskopibilder.
Avhandlingen ”Chiral Ruthenium Dipyridophenazine Complexes: DNA Binding and Excited State Relaxation” försvaras vid en offentlig disputation på Chalmers den 27 september kl 10.15 i KB-salen, Kemigården 4, Chalmers, Göteborg.
Kontaktinformation
Mer information:
Björn Önfelt, Institutionen för kemi och biovetenskap, Chalmers tekniska högskola,
tel: 031-772 5120, e-post: önfelt@phc.chalmers.se
