Nanokalorimeter DSC/ITC
Nanokalorimetrie für die Wirkstoffforschung
Wer heute die spezifische Wirkung von Medikamenten optimieren will, braucht Methoden, um die Stabilität und die Kinetik des Wirkstoffes zu untersuchen. Zudem will man mehr über dessen Bindungskinetik wissen. Die Temperaturkonstanz muss sehr groß sein, um die minimalen Wärmeflüsse messen zu können, wenn etwa ein Wirkstoff an einem Rezeptor oder ein Ligand an ein Protein bindet. Bisher hat man Bindungseigenschaften von Biomolekülen vor allem aus deren Struktur abgeleitet, die meist aus spektrometrischen Methoden bekannt waren. Dazu müssen z.B. Proteine kristallisiert werden, um deren Röntgenstruktur aufzuzeichnen. Die Funktion der Biomoleküle und vieler Wirkstoffe konnte so nur modelliert werden.
Mit der Nanokalorimetrie steht nun eine Technik zur Verfügung, mit der deren Funktion direkt gemessen werden kann, ohne sie zuvor immobilisieren zu müssen. TA-Instruments bietet dazu die nanoDSC (Differential Scanning Calorimetry) und die nanoITC (Isothermal Titration Calorimetry) an. Beide Geräte ergänzen sich. Während mit der nanoDSC die Stabilität von Biomolekülen untersucht und die temperaturabhängige Wärmekapazität bestimmt wird, lassen sich mit der nanoITC Reaktionskinetiken von Bindungsreaktionen bestimmen, also deren Stöchiometrie und Funktion charakterisieren.
Dazu wird ein Protein oder ein Rezeptor in die äußerst temperaturstabile Reaktionskammer gebracht und dann der Ligand oder das Medikament schrittweise bis zur Sättigung der Bindung zugegeben. Dieser Prozess ist automatisiert und kann beispielsweise in 10…20 Schritten à 5 µl alle 2 min erfolgen. Die bei jeder Zugabe frei werdende Wärme wird gemessen. Wenn alle Bindungsstellen aufgesättigt sind, können daraus die kinetischen Parameter der Reaktion bestimmt werden. Das ist eine sehr effiziente Methode, um über die Struktur hinaus etwas über die Funktion von Biomolekülen zu erfahren. Mit den Nanokalorimetern DSC und ITC kann der Anwender die Funktion seines Wirkstoffes oder gereinigten Proteins direkt testen, Erkenntnisse über dessen Stabilität oder seine kinetischen Eigenschaften gewinnen und so z.B. die Spezifität eines Wirkstoffes verbessern.
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