CalciumIndikatoren

Calciumindikatoren sind chemische Verbindungen oder Proteine, die Veränderungen der freien Kalziumionenkonzentration Ca2+ in Zellen oder Geweben melden. Sie wandeln Calciumsignale in messbare optische Signale um, meist in Form von Fluoreszenz- oder Absorptionsänderungen, und ermöglichen so die Untersuchung von Kalziumdynamiken in biologischen Prozessen.

Man unterscheidet primär zwei Kategorien: kleine Molekül-Dye-Indikatoren und genetisch kodierte Calciumindikatoren. Zu den klassischen Fluoreszenz-Dyes gehören ratiometrische Indikatoren wie Fura-2 und Indo-1 sowie Single-Wavelength-Indikatoren wie Fluo-4 oder Calcium Green. Genetisch kodierte Indikatoren umfassen kalziumempfindliche Reporter wie GCaMP-Familien (GFP-basierte, intensiv fluoreszierende Indikatoren) und fusionsbasierte cameleons, die Förster-Resonanzenergietransfer verwenden.

Die Indikatoren arbeiten nach dem Prinzip der Ca2+-Bindung, die das Spektrum der Emission oder Absorption verändert. Ratiometrische Indikatoren ermöglichen belastbare Messungen, da sie Konzentrationsschwankungen der Probe (Dye-Ladung, Zellvolumen) ausgleichen. Für genaue Kalziumwerte ist eine Kalibration erforderlich; die Affinität zum Ca2+ (Kd) variiert je nach Indikator typischerweise im Bereich von Hundert Nanomolar bis wenige Mikromolar.

Anwendungen finden Calciumindikatoren in der Live-Zell-Imaging-Forschung, insbesondere zur Abbildung von neuronalen Signalen, Muskelaktivität, sekretioneller Triggerung und intrazellulären Calciumkompartimenten. Sie ermöglichen zeitaufgelöste Messungen in Echtzeit, können jedoch durch Photobleaching, Buffereffekte, Cytotoxizität und pH-Empfindlichkeit eingeschränkt sein. Genetisch kodierte Indikatoren eignen sich gut für Langzeitmessungen in Organismenmodellen, erfordern jedoch oft genetische Manipulation.