Isotopenmarkierte

Isotopenmarkierte Substanzen sind Moleküle, in denen bestimmte Atome durch deren Isotope ersetzt wurden. Dabei können stabile Isotope wie 13C, 15N, 2H (Deuter) und 18O oder radioaktive Isotope wie 3H (Tritium) und 14C verwendet werden. Das Ziel der Kennzeichnung ist es, die Verfolgung, Verteilung oder Umwandlung der Substanz sowie von Stoffwechselwegen in biologischen, chemischen oder Umweltprozessen zu ermöglichen.

Herstellung und Beschaffung isotopenmarkierter Substanzen erfolgt meist durch zwei Hauptwege: biotechnologische oder chemische Verfahren. In der Biologie werden isotopenmarkierte Nährstoffe in Zellen eingesetzt, um Proteine oder Metaboliten zu kennzeichnen (z. B. SILAC in der Proteomik). Chemisch lassen sich Reagenzien oder Endprodukte mit isotopenreinen Quellen synthetisieren. Die Wahl des Isotops und die Position der Kennzeichnung hängen von der gewünschten Messmethode und dem Fragestellung ab.

Anwendungen isotopenmarkierter Substanzen erstrecken sich über mehrere Fachgebiete. In der Analytik dienen sie als Tracer in der Massenspektrometrie und in der Kernspinresonanzspektroskopie (NMR) zur Quantifizierung, Strukturaufklärung und zur Bestimmung von Stoffwechselwegen. In der Pharmakokinetik ermöglichen sie Tracking von Arzneimitteln im Organismus, und in der Umweltforschung helfen sie, Transport- und Verteilungsprozesse zu verstehen. In der Biologie unterstützen sie die Bestimmung von Stoffwechselflüssen in Zellen und Organismen.

Vorteile und Einschränkungen verbinden Sicherheit, Kosten und Interpretierbarkeit. Stabile Isotope gelten als sicher und eignen sich für längere Studien in lebenden Systemen; radioaktive Isotope erfordern strenge Strahlenschutzmaßnahmen, Genehmigungen und Entsorgung. Hohe Reinheit, geeignete Isotopenspuren und ausreichende Signalstärke sind für aussagekräftige Ergebnisse entscheidend.