Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Hell erleuchtet: Neuartige Kernspin-Diagnostik kann krankhafte Zellen aufspüren

29.07.2014

Berliner Zellbiologen, Chemikern und Physikern gelingt ein Beweis für die Funktionsfähigkeit der markierenden Xenon-Kernspintomographie. Mit der Methode könnte man gezielt krankhafte Veränderungen oder bestimmte Körperzellen sichtbar machen.

Untersuchungen mittels MRT, gemeinläufig auch Kernspintomographie genannt, sind aus dem klinischen Alltag nicht mehr wegzudenken – ganz ohne Strahlenbelastung können Ärzte damit in Patienten hineinblicken und Organe und Gewebestrukturen sichtbar machen.


Author: Honor Rose

Doch soweit fortgeschritten die Bildgebung inzwischen auch ist, krankhafte Veränderungen im Anfangsstadium lassen sich dadurch nur schwer erkennen: Geringe Mengen entarteter Krebszellen, winzige Entzündungen oder Ablagerungen in den Arterien bleiben auf den grauen Bildern bislang praktisch unsichtbar.

Eine Handvoll Arbeitsgruppen weltweit arbeitet daher an der Xenon-Kernspintomographie, einer besonderen Weiterentwicklung der herkömmlichen MRT. Der Gruppe von Leif Schröder am Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie (FMP) in Berlin-Buch ist dabei nun ein wichtiger Erfolg in Kooperation mit Christian Freund vom Institut für Chemie und Biochemie der Freien Universität Berlin gelungen:

Sie konstruierten molekulare Sonden, die sich gezielt an bestimmte Proteine auf der Zelloberfläche anheften, welche bei Entzündungsprozessen eine Rolle spielen. Diese Sonden ließen sich dann mittels Magnetfeld und Radiowellen millimetergenau lokalisieren. Wichtig dabei: Solche Sonden könnten sehr einfach an nahezu jeden gesuchten Zelltyp oder Oberflächenmarker angepasst werden, so dass man mit der Methode je nach Wunsch ganz unterschiedliche krankheitsspezifische Marker im Körper eines Menschen aufspüren könnte.

Dem Versuch vorausgegangen war eine längere Entwicklungsarbeit an den technischen Voraussetzungen für die neuartige Diagnostik. Bei der Kernspintomographie nutzt man die Eigenschaft mancher Atome aus, sich in starken Magnetfeldern selbst wie winzige Magneten zu verhalten, die dann mit Radiowellen in Resonanz treten können und so Signale aussenden.

Beim herkömmlichen MRT vermisst man Wasserstoffatome, die in Gewebe allgegenwärtig sind, allerdings nur sehr schwache Signale aussenden. Die Xenon-Kernspintomographie dagegen verwendet als Signalgeber das Edelgas Xenon in einer bestimmten Form -- es wird vor der Untersuchung mittels Laserstrahlen "hyperpolarisiert" und sendet dadurch 10.000fach stärkere Signale als normal aus. In einer klinischen Anwendung könnten Patienten Xenon inhalieren, das ungiftige Edelgas würde sich dann über den Blutkreislauf im Körper verteilen.

Die enorme Verstärkung des Signals macht es im Prinzip möglich, auch unsichtbar kleine Details im Gewebe farbig zu markieren – wenn es gelingt, die Xenon-Atome an Zielstrukturen zu koppeln. Dieser Schritt ist nun erstmals am FMP mit einer Art Baukastensystem gelungen.

Die Zellbiologin Honor Rose, die vor einem Jahr zu der vor allem aus Physikern bestehenden Gruppe gestoßen war, wählte dafür Antikörper, die spezifisch an Oberflächenmoleküle von Makrophagen binden – diese Immunzellen spielen zum Beispiel bei entzündlichen Prozessen wie Arteriosklerose eine Rolle. Über Verbindungsmoleküle knüpfte sie diese Antikörper dann an Cryptophan-Moleküle, die mit ihrer Käfigstruktur Xenon-Atome einfangen und dadurch deren Signal im Magnetfeld verändern.

Das Edelgas Xenon, das auch in Autoscheinwerfern eingesetzt wird, wirkt auf diese Weise wie eine Art atomarer Scheinwerfer: Die gesuchten Zellen heben sich nun deutlich vor dem Hintergrund anderer Zellen ab. „Damit haben wir für das Verfahren ganz entscheidende Fragen geklärt", sagt Honor Rose.

„Bislang hatte man es geschafft, Signale guter Stärke und Auflösung durch Xenon und Cryptophan zu erzeugen – jedoch war das noch nicht krankheitsspezifisch. Wir haben aber nun den Schritt hin zu einer differenzierten Anwendung auf Zellebene getan. Niemand wusste zuvor, wie viel Cryptophan man für Signale braucht, um einen krankheitsspezifischen Marker aufzuspüren, und ob das überhaupt physiologisch verträglich wäre." Bei ihrem Testlauf mit unterschiedlichen Zellen in kleinen Röhrchen im Kernspintomographen hatten winzige Konzentrationen der molekularen Sonden ausgereicht, die für die Zellen unschädlich waren.

Vom Teströhrchen bis zur klinischen Anwendung wird es noch ein langer Weg – vorstellbar ist aber, dass eines Tages Ärzte nicht mehr nur graue MRT-Bilder analysieren, sondern mit unterschiedlichen Sonden farbige Markierung vorfinden. Das könnten zum Beispiel arteriosklerotische Plaques sein, die unbehandelt zu einem Herzinfarkt führen, Metastasen bei Krebserkrankungen oder auch der Aufbau von Krebsgewebe aus unterschiedlichen Zelltypen.

„Die Xenon-Kernspintomographie ist jetzt an einem Punkt angelangt, an dem man sich viele Anwendungen auf Zellebene ausdenken kann", sagt Leif Schröder. „Wir erwarten zahlreiche Veröffentlichungen in der nahen Zukunft; dieses Forschungsfeld ist momentan sehr aktiv."

Die Berliner Veröffentlichung erscheint in den renommierten Proceedings of the National Academy of Sciences of the U.S.A.: „Die Arbeit bedeutet einen großen Sprung nach vorn in der Entwicklung von Biosensoren und wird auch über das Forschungsfeld hinaus von großem Einfluss ein“, urteilen die Gutachter des Fachjournals.

Das Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie (FMP) gehört zum Forschungsverbund Berlin e.V. (FVB), einem Zusammenschluss von acht natur-, lebens- und umweltwissenschaftlichen Instituten in Berlin. In ihnen arbeiten mehr als 1.500 Mitarbeiter. Die vielfach ausgezeichneten Einrichtungen sind Mitglieder der Leibniz-Gemeinschaft. Entstanden ist der Forschungsverbund 1992 in einer einzigartigen historischen Situation aus der ehemaligen Akademie der Wissenschaften der DDR.

Kontakt:
Dr. Leif Schröder
Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie (FMP)
lschroeder (at) fmp-berlin.de
Tel.: 0049 30 94793-121

Silke Oßwald
Öffentlichkeitsarbeit
Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie (FMP)
osswald (at) fmp-berlin.de
Tel.: 0049 30 94793-104

Weitere Informationen:

http://www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1406797111

Silke Oßwald | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Berichte zu: Antikörper Edelgas FMP Gewebe Kernspintomographie MRT Magnetfeld Marker Pharmakologie Radiowellen Signale Xenon Zellebene Zellen

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut
20.10.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Aus der Moosfabrik
20.10.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut

20.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Saugmaschinen machen Waschwässer von Binnenschiffen sauberer

20.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Strukturbiologieforschung in Berlin: DFG bewilligt Mittel für neue Hochleistungsmikroskope

20.10.2017 | Förderungen Preise