Verdrillter Hut
Die Kernspintomographie, für deren Entwicklung es dieses Jahr den Nobel-Preis für Medizin gab, ist heute ein ganz wichtiges Diagnoseverfahren. Als Kontrastmittel dienen Komplexverbindungen des Seltene-Erden-Metalls Gadolinium. Amerikanische Forscher haben interessante Erkenntnisse bei der Optimierung dieser Kontrastmittel gewonnen.
Die Kernspintomographie nutzt den "Spin" (Eigendrehimpuls) der Kerne von Wasserstoffatomen (Protonen). In einem starken Magnetfeld richten sich die Spins aus, gepulste Radiowellen bringen sie zum "Umklappen" in die entgegengesetzte Richtung. Nach dem Puls fallen sie unter Aussendung elektromagnetischer Wellen in den Grundzustand zurück (Relaxation). Dieses Signal hängt von der Wasserstoffdichte und den Relaxationszeiten ab, die sich je nach Gewebe stark unterscheiden. Zur Kontrasterhöhung wird mit Kontrastmitteln gearbeitet, die die Relaxationszeit der Protonen von Wassermolekülen beeinflussen. Mittel der Wahl sind Gadoliniumionen, die auf Grund ihrer sieben ungepaarten Elektronen ein starkes elektromagnetisches Wechselfeld erzeugen, das die Spins benachbarter Wassermoleküle "schüttelt" und so rascher zurück in den Grundzustand verfrachtet. Da Gadoliniumionen toxisch sind, müssen sie fest verpackt werden: in einen Komplex. Das Team um A. Dean Sherry nimmt dazu einen großen Kohlenstoff-Stickstoff-Ring mit Fangarmen. Das Gadoliniumion wird von vier Stickstoffatomen des Rings und vier Sauerstoffatomen der Fangarme in die Zange genommen und sitzt in diesem Liganden wie in einem Hut. An der "offenen" Seite ist Platz für ein Wassermolekül. Damit das Kontrastmittel optimal arbeitet, muss das Wassermolekül nach dem "Relaxieren" schnellst möglich verschwinden und Platz für das nächste machen. Die Verweildauer hängt vom Aufbau des Komplexes ab.
Die vier Stick- und vier Sauerstoffatome des Komplexes bilden jeweils ein Quadrat. Dabei gibt es zwei Konfigurationen, die sich darin unterscheiden, um wieviel Grad die Quadrate gegeneinander verdreht sind: Ein Antiprisma und ein verdrilltes Antiprisma, die aber durch ein "Flippen" des Rings und eine Rotation der Fangarme ineinander übergehen können. Ob die beiden Formen Wassermoleküle verschieden lang festhalten? Mark Woods aus Sherrys Team knüpfte "Stopper" gegen Flippen und Drehen an den Ring und jeden Fangarm. Je nach gewählter Konfiguration der Fangarme konnten so beide Formen fixiert werden - und tatsächlich verweilen Wassermoleküle im verdrillten Antiprisma wesentlich kürzer als im Antiprisma. Damit ist ein wichtiger Schritt in Richtung eines gezielten Designs von Kernspin-Kontrastmitteln getan.
Kontakt: Prof. A. D. Sherry
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USA
Fax: (+1) 972-8832925
E-mail: sherry@utdallas.edu
Angewandte Chemie Presseinformation Nr. 47/2003
Angew. Chem. 2003, 115 (47), 6069 - 6072
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