Kurzbeschreibung
Die dynamische Differenzkalorimetrie (Differential Scanning Calorimetry, DSC) ist eine biophysikalische Methode zur Charakterisierung der thermischen Stabilität von Proteinen und anderen Biomolekülen. Dabei wird die Wärmemengenänderung gemessen, die mit der thermischen Denaturierung des Moleküls einhergeht, wenn dieses mit einer konstanten Rate erwärmt wird. Da es eine labelfreie Methode ist, erlaubt es die Analyse von Proteinen und anderen Biomolekülen im nativen Zustand in Echtzeit. Sowohl Zellbefüllung als auch Reinigungsschritte erfolgen vollautomatisiert. Ein integrierter Autosampler ermöglicht die unbeaufsichtigte Analyse von bis zu 50 Proben pro Tag.
Ansprechperson
Irene Schaffner PhD, Jakob Wallner BSc
Research Services
Bitte um Kontaktaufnahme per email unter bmca@boku.ac.at
Methoden & Expertise zur Forschungsinfrastruktur
Eines der häufigsten Einsatzgebiete von DSC ist die Arzneimittelforschung- und Entwicklung. Zu den typischen Anwendungen zählen z.B. die Charakterisierung der stabilsten Proteine und damit die Auswahl potentieller Kandidaten in der Entwicklung von Biopharmazeutika, die Optimierung der Reinigungs- und Herstellungsbedingungen, die Untersuchung von Ligandenwechselwirkungen aber auch die Untersuchung thermischer Prozesse und die Charakterisierung von Materialien.
Das System verfügt über eine Messkammer bestehend aus zwei Zellen, der Probenzelle (wird mit der zu untersuchenden Probe befüllt) und der Referenzzelle (mit einer abgestimmten Pufferlösung). Die beiden Zellen werden stets auf gleicher Temperatur gehalten und während der Messung mit einer konstanten Durchlaufrate erwärmt. Die bei der Entfaltung eines Moleküls auftretende Wärmeaufnahme bewirkt einen Temperaturunterschied (ΔT) zwischen Probe- und Referenzzelle und damit ein Temperaturgefälle zwischen den beiden Seiten der Peltier-Elemente. Die daraus entstehende elektrische Spannung dient als Steuergröße für einen Regelkreis, durch den die Temperaturdifferenz ΔT auf 0 °K ausgeregelt wird. Da es sich bei der Proteinentfaltung um einen endothermen Vorgang handelt, wird im Thermogramm eine positive Auslenkung beobachtet. Der Mittelpunkt dieses Übergangs ist der Tm-Wert, die Fläche unter der Kurve entspricht der Enthalpie (ΔH) des Entfaltungsprozesses. Durch Anpassung an thermodynamische Modelle kann man in vielen Fällen die mit dem Übergang verbundenen Werte der Gibbs-Energie (ΔG), der kalorimetrischen Enthalpie (ΔHcal), der Van-'t-Hoff-Enthalpie (ΔHvH), der Entropie (ΔS) und der Änderung der Wärmekapazität (ΔCp) erhalten. Die generierten Parameter dienen zur Identifizierung und Erklärung von Parametern die zu Faltung/Entfaltung und Stabilität von Biomolekülen beitragen. Diese sind hydrophobe Interaktionen, Wasserstoffbrückenbindungen, konformationelle Entropie und die physikalische und chemische Umgebung.