Die Herzamyloidose ist eine seltene, lebensbedrohliche Erkrankung, bei der sich fehlgefaltete Proteine im Herzmuskel ablagern, ihn versteifen und zu einer Herzschwäche (Herzinsuffizienz) führen können. Verschiedene Proteinvarianten können die Krankheit verursachen. Die frühzeitige Bestimmung der jeweiligen Variante ist ausschlaggebend für die Wahl der entsprechenden Therapie.
Lars Olschewski, Doktorand am Leibniz-Institut für Analytische Wissenschaften e.V. (ISAS), forschte für vier Wochen am Leibniz-Institut für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT). Ziel des Austauschs war es, die Unterscheidung der amyloidogenen Varianten des Proteins Transthyretin zu verbessern. Dazu nutzte Lars Olschewski die Raman-basierte Technologie SERS (Surface-enhanced Raman spectroscopy) unter Verwendung von speziellen Nanomaterialien, die am Leibniz-IPHT in der AG Silizium-Nanostrukturen um Dr. Vladimir Sivakov entwickelt werden.
Die Raman-Spektroskopie ist eine optische Methode, bei der Laserlicht genutzt wird, um Moleküle anhand ihrer charakteristischen Schwingungen zu erkennen — ähnlich wie ein molekularer Fingerabdruck. Mittels der SERS-Technologie können diese Signale deutlich verstärkt werden, was zur Erhöhung der Sensitivität der Methode führt. Dabei werden metallische Nanostrukuren als Substrat eingesetzt.
Im Rahmen seines Forschungsaufenthaltes am Leibniz-IPHT nutzte Lars Olschewski die vom Institut Leibniz-IPHT entwickelten Kupfer- und Silber-basierten Nanostrukturen, um verschiedene Varianten von Transthyretin auf seine SERS-Spektren zu charakterisieren. Während Messungen mit der konventionellen Raman-Spektroskopie tatsächlich keine Differenzierung des Wildtyps- und der fehlgefalteten Proteinvarianten erlaubte, konnte der Wissenschaftler die Proteine mittels SERS-Messungen erfolgreich voneinander unterscheiden. Unterschiede wurden nicht nur auf Basis ihrer spektralen Eigenschaften identifiziert, sondern auch ihrer Photostabilität.
Zusammenfassend konnte Lars Olschewski erstmals zeigen, dass Transthyretin-Varianten mittels SERS voneinander unterschieden werden können. Im nächsten Schritt sollen Experimente in komplexem biologischen Probenmaterial wie beispielsweise Blut durchgeführt werden.
Die entwickelte Methode wird die analytischen Methoden zur Forschung an Herzerkrankungen am ISAS erweitern und die bereits bestehende Kooperation und den interdisziplinären Austausch zwischen beiden Instituten Leibniz-IPHT und ISAS weiter ausbauen.