Parawasserstoff Induzierte Hyperpolarisation an Peptiden und Miniproteinen

Die Kernspinmagnetresonanzspektroskopie (NMR-Spektroskopie) ist eine bedeutende Technik in der modernen Analytik, vor allem in der Chemie. Darüber hinaus besitzt die NMR eine medizinische Relevanz in Form der Magnetresonanztomographie (MRT). Beide Techniken besitzen allerdings nur eine geringe Sensitivität bedingt durch die niedrigen Energieunterschiede der Kernspinniveaus und der daraus resultierenden geringen Polarisation. Verschiedene Hyperpolarisationstechniken ermöglichen die Verstärkung von NMR-Signalen in der Spektroskopie und der MRT. Die Parawasserstoffinduzierte Polarisation (PHIP) ist eine besonders einfach anwendbare, schnelle und vergleichsweise günstige Methode der Hyperpolarisation. Die Anwendung von PHIP an biologischen Molekülen ermöglicht einfachere und schnellere Untersuchungen von biologischen Prozessen und die Entwicklung neuartiger Kontrastmittel für die Medizin. Während bisher vor allem kleine Moleküle des Stoffwechsels hierfür untersucht wurden, widmet sich diese Arbeit größeren Molekülen wie Peptiden und Miniproteinen. In dieser Arbeit wird PHIP an dem Octapeptid Octreotid und dem Miniprotein MCoTI angewendet. Es wird zunächst die Synthese und der Einbau der speziellen Marker in die Biomoleküle durchgeführt und optimiert. Anschließend wird der Einfluss unterschiedlicher Positionen der Marker in den Biomolekülen auf die Effektivität von PHIP untersucht, diskutiert und ein Bezug zur biologischen Aktivität hergestellt.

Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy is an important technique in modern analytics, especially in chemistry. Further, NMR has medical relevance in form of Magnetic Resonance Imaging (MRI). Both techniques, however, only show low sensitivities caused by the low energy differences of nuclear spin levels and the resulting low polarization. Different hyperpolarization techniques allow the enhancement of NMR-signals in spectroscopy as well as MRI. The Parahydrogen Induced Polarization (PHIP) is an easy applicable, fast and comparatively inexpensive method of hyperpolarization. The application of PHIP on biological molecules allows easier and faster investigation of biological processes and the development of novel contrast agents for medical applications. While currently mostly small molecules of the metabolism have been investigated, this work is dedicated to larger molecules such as peptides and miniproteins. In this work PHIP is applied to the octapeptide Octreotide and the miniprotein MCoTI. First, the synthesis and introduction of special markers into the biomolecules is shown and optimized. Afterwards the influence of different marker positions in the biomolecules on the efficiency of PHIP is investigated, discussed and a linked to the biological activity.