Wechselwirkungen an der Bio-Nano-Grenzfläche in zellulären Co-Kulturen

• Antragstellerin: Dr. Cecilia Spedalieri
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 555014714

Das Verständnis der chemischen Grundlagen der Wechselwirkungen zwischen Nanopartikeln und Biomolekülen und damit des Transports und der Verarbeitung in lebenden Zellen ist wichtig für die Entwicklung wirksamer biomedizinischer und bioanalytischer Instrumente. Dieses Projekt konzentriert sich auf die Charakterisierung der intrazellulären Wechselwirkungen von plasmonischen Nanopartikeln auf molekularer Ebene in situ in Zellen von Co-Kulturen, die für Nierengewebe relevant sind. Zellkulturen aus zwei oder mehr Zelltypen wie Ko-Kulturen sind ein robusteres und umfassenderes Modell für die Analyse des zellulären Verhaltens und der Wechselwirkungen von Zellen mit Nanomaterialien. Dies ist von besonderer Bedeutung für Organe oder Gewebe, in denen Partikel gefiltert werden, wie z. B. die Niere. Hier wird eine kombinierte spektroskopische und mikroskopische Analyse zellulärer Co-Kulturen dazu beitragen, zu verstehen, wie Zellen Nanopartikel verarbeiten, indem die spezifischen chemischen Interaktionen, die an der Bio-Nano-Grenzfläche innerhalb lebender Zellen stattfinden, eingehend untersucht werden. Die molekulare Charakterisierung der wichtigsten funktionellen Gruppen und Biomoleküle, die mit den Nanopartikeln interagieren, und die optische Charakterisierung der Nanopartikelverteilung werden durch die Kombination von Raman-Spektroskopie und verschiedenen Mikroskopieansätzen erreicht. Die Fluoreszenz markierter Moleküle und die oberflächenverstärkte Raman-Streuung (SERS) von Zellmolekülen werden für die lokale Charakterisierung der Bio-Nano-Wechselwirkungen im Zusammenhang mit der biomolekularen Korona eingesetzt. Für eine umfassendere Beschreibung und Identifizierung der Biomoleküle, die mit den Nanopartikeln in der Korona interagieren, wird die Massenspektrometrie eingesetzt. Die Lokalisierung und Verteilung der Partikel in den Zellen wird mit Hilfe von Fluoreszenzmikroskopie in Kombination mit weicher Röntgentomographie und hyperspektraler Dunkelfeldmikroskopie untersucht. Die Charakterisierung der Bio-Nano-Wechselwirkungen in immer komplexeren biologischen Systemen, von Zellmonokulturen bis hin zu Ko-Kulturen aus zwei oder mehr Zelltypen, wird wertvolle Erkenntnisse über die zelluläre Verarbeitung und den Transport von Partikeln liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen