Synthese und Charakterisierung von Natriumionenindikatoren für die Anwendung in lebenden Zellen

Natriumionen spielen in vielen physiologischen und pathophysiologischen Prozessen eine wichtige Rolle. Die meisten Zellen bauen mit Hilfe der Natrium-Kalium-ATPase einen künstlichen Ionengradienten auf, indem sie die bei der Hydrolyse von ATP freiwerdende Energie nutzen, um drei Natriumionen aus der Zelle heraus und zwei Kaliumionen in die Zelle hinein zu transportieren.1 Dies führt dazu, dass über die Zellmembran ein Natrium- und Kaliumgradient aufgebaut wird (Abb. 1). Üblicherweise liegen die intrazelluläre Natriumionenkonzentration bei 15 mM und die intrazelluläre Kaliumionenkonzentration bei 120 mM, während die Konzentrationen im Extrazellulärraum bei 145 mM bzw. 4 mM liegen. Aufbau und Erhalt des Natriumgradienten bedeuten einen hohen Energieaufwand für die Zelle, der aber notwendig ist, da hiermit wichtige Funktionen verknüpft sind. Der Natriumioneneinstrom durch Natriumkanäle kann eine Depolarisation der Zellmembran bewirken und damit zur Entstehung und Weiterleitung eines Aktionspotentials in Nerven- und Muskelzellen beitragen. Durch den Natriumionengradienten werden zudem zahlreiche sekundär-aktive Transportprozesse angetrieben (Abb. 1). Antiporter nutzen den Gradienten, um beispielsweise Protonen und Calciumionen durch die Membran in den extrazellulären Raum zu transportieren