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Grazer Forscher bestimmen Kalium in Zellen hochgenau

Grazer Forscher bestimmen Kalium in Zellen hochgenau

Für die Weiterleitung von elektrischen Impulsen in Nerven-, Muskel- und Drüsenzellen ist Kalium von entscheidender Bedeutung. Die Veränderung der Kaliumionen-Konzentrationen innerhalb und außerhalb der Zellen steuert viele wichtige Prozesse und biologische Funktionen. Sensoren, die solche Änderungen hochgenau anzeigen können, hat eine Forschergruppe an der Med-Uni Graz entwickelt.

 

Hochgenau abgestimmte Verschiebungen von positiv geladenen Kalium-Ionen (K+) über Biomembranen regulieren jede Reizleitung im Gehirn, jede Muskelarbeit und jede Hormonfreisetzung im menschlichen Körper, erklärte Roland Malli vom Institut für Molekularbiologie und Biochemie der Med-Uni Graz. Auch die Niere ist ein Organ, das genau darauf achtet, dass der Kaliumspiegel im Blut möglichst konstant gehalten wird. Selbst, dass bei Nierenerkrankungen Herzprobleme auftreten, liege laut Malli fast immer an einem gestörten Kaliumhaushalt.

 

Das derzeitige Verständnis der raumzeitlichen Muster der Kalium-Ionen-Veränderungen sei jedoch durch den Mangel an praktikablen Nachweismethoden bisher stark eingeschränkt gewesen, hielten die Grazer Forscher um Malli und Institutsleiter Wolfgang F. Greier in "Nature Communications" fest. In diesem Fachjournal hat die Forschergruppe jüngst ihre Kaliumsensoren vorgestellt, die minimalste Konzentrationen von Kalium-Ionen in verschiedenen Körperflüssigkeiten und Zellwachstumsmedien wiedergeben können.

 

Selbst Konzentrationsänderungen inner- und außerhalb von Zellen würden damit möglich werden. Dazu haben die Forscher leuchtende Proteine genetisch so verändert, dass sie direkt und schlagartig auf Kalium-Ionen-Veränderungen reagieren und ein messbares Signal liefern.

Die Biosensoren namens "GEPIIs" (Genetically encoded Potassium Ion Indicators) basieren auf dem Prinzip der Fluoreszenzauslöschung. Das bedeutet, sie machen die Veränderung der Leuchtkraft eines fluoreszierenden Stoffes, der an die gesuchten Moleküle koppelt, sichtbar.

 

Helmut Bischof hat in der Grazer Arbeitsgruppe diese neuen Sensoren hergestellt. Erste Tests wurden in Kooperation mit der Klinischen Abteilung für Nephrologie in Graz und - im Tiermodell - mit dem Institut für Schlaganfall- und Demenzforschung in München durchgeführt. In einer neuen Tiermodell-Studie versuchen die Forscher Kaliumänderungen in Echtzeit im Labor zu verfolgen. So soll es möglich werden, bisher unbekannte pathologische Kalium-Ionen-Signale aufzuspüren.

Die Innovation haben die Grazer Forscher bereits zum Patent angemeldet, hieß es in einer Mitteilung der Med-Uni. In einem früheren Forschungsprojekt war es der Gruppe schon gelungen, in lebenden Zellen die Bildung und den Abbau von Stickstoffmonoxid (NO) zu messen. Die Technologie wurde bereits patentiert und Lizenzen für den Vertrieb an eine Grazer Firma vergeben.

Quelle: APA

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