Die detaillierte Analyse von biochemischen Wechselwirkungen, insbesondere von spezifischen Interaktionen zwischen Proteinen und ihren Bindungspartnern, stellt eine klassische Aufgabenstellung der pharmakologischen Forschung dar. Die Differenz-Raman-Spektroskopie ist ein Verfahren, das detaillierte Rückschlüsse auf die Interaktion zwischen Molekülen zulässt. Veränderungen des Schwingungsspektrums eines Moleküls, die bereits durch nichtkovalente Wechselwirkungen mit Bindungspartnern hervorgerufen werden, können mittels der Differenz-Raman-Spektroskopie empfindlich nachgewiesen werden. Anhand der Differenz der Raman-Spektren eines Proteins sowie eines Protein-Ligand Komplexes können quantitative und qualitative Aussagen über Vorliegen und Art von Interaktionen getroffen werden. Idealerweise werden dabei beide Spektren simultan aufgenommen, damit kleinste Änderungen von Messparametern - wie z. B. Laserleistung, Probentemperatur, Justage - sich auf beide Messungen in gleicher Art auswirken. Eine exakte Differenzbildung wird so ermöglicht.

Vorgehensweise

Ein Demonstrator zur Anwendung der Zweistrahl-Differenz- Raman-Spektroskopie wird am Fraunhofer ILT aufgebaut. Durch eine Optik wird ein Laserstrahl in zwei Teilstrahlen aufgetrennt, jede Probe - Protein und Protein-Ligand Komplex - wird durch einen fokussierten Teilstrahl angeregt und das Raman-Signal durch eine konfokal-optische Anordnung in je eine Faser abgebildet. Beide Fasern sind an ein abbildendes Czerny-Turner Spektrometer angeschlossen, mit dem eine simultane Aufnahme von zwei Raman-Spektren möglich ist.

Ergebnis

Zur Strahlteilung wird ein Wollaston-Prisma verwendet, das den Laserstrahl in einem Öffnungswinkel von ca. 8,1° teilt, um mit Hilfe eines Mikroskopobjektivs zwei Foki im Abstand von 1,25 mm zu erzeugen. Der Abstand der Foki wird maßgeblich durch die Wahl des Objektivs beeinflusst. Zur Einkopplung des breitbandigen Raman-Signals wurde ein Objektiv entwickelt, das aus einem Achromat und einer Magnesiumfluorid-Linse besteht und hohe Koppel-Effizienz verspricht. Die erste Version des Demonstrators steht zur Verfügung.

Anwendungsfelder

In der Erforschung von neuen Pharmaka könnte dieses Verfahren eine schnellere und günstigere Alternative zu herkömmlichen fluoreszenzbasierten Messverfahren darstellen.