Para-Wasserstoff als Biomarker für biomedizinische Anwendungen der magnetischen Resonanz

Die Kernmagnetische Resonanzspektroskopie (NMR-Spektroskopie) hat sich seit der grundlegenden Entdeckung durch die Arbeitsgruppen um Bloch und Purcell zu einer der Standardmethoden zur Strukturaufklärung in der organischen Chemie entwickelt. Generell ist Kernmagnetische Resonanz mit dem Nachteil einer geringen Empfindlichkeit behaftet. Eine Methode mit der sich die Signalintensität steigern lässt und die in der Magnetresonanz-Tomographie (MRT) Anwendung finden könnte, stellt die 1H-PHIP-NMR-Spektroskopie dar (Para Hydrogen Induced Polarization; PHIP). Das grundlegende Prinzip der PHIP-Spektroskopie ist die Hydrierung ungesättigter Verbindungen mittels para-angereichertem Wasserstoff. Im NMR-Spektrum zeigen die addierten Protonen ein Antiphasensignal, das wesentlich intensiver ist, als bei der Hydrierung mit so genanntem thermischem Wasserstoff. Die Anwendung von hyperpolarisierten Biomolekülen findet im biomedizinischen Bereich seit einigen Jahren immer größeres Interesse. Auf Grund dessen wurde in der vorliegenden Arbeit erfolgreich ein kommerzielles Biomolekül, Fmoc-L-Pra-OH auf seine PHIP-Aktivität hin untersucht. Dieses Baustein-Molekül wurde auch als funktionelle Gruppe in Tripeptide eingebaut, um diese mit para-angereichertem Wasserstoff zu hydrieren. Auch diese zeigten alle die verstärkten Emissions- und Absorptionssignale. Ein weiteres wichtiges Forschungsgebiet in der PHIP-Spektroskopie ist die Suche nach geeigneten Katalysatoren. Aufgrund der besseren Abtrennbarkeit aus dem Reaktionsgemisch werden neuerdings auch heterogene Systeme untersucht. Als gutes Trägermaterial ist TiO2 geeignet, auf das in der vorliegenden Arbeit verschiedene Metalle (Rh, Pd, Ru) aufgebracht wurden. Mit diesen Systemen konnten unterschiedliche Substrate erfolgreich hyperpolarisiert werden. In der vorliegenden Arbeit wurde ebenfalls ein chiraler Katalysator auf seine PHIP-Aktivität hin untersucht, der als chiralen Liganden DIOP trägt. Um ein Anwendungspotential im biomedizinischen Bereich mittels der MRT zu besitzen, ist die Hydrierung im wässrigen Milieu vorteilhaft. Aus diesem Grund wurde ein wasserlöslicher Katalysator für die Hydrierungen mit para-angereichertem Wasserstoff eingesetzt. Ebenfalls konnten mit diesen eingesetzten Katalysatorsystemen eine Hyperpolarisierung der Substrate erreicht werden.