Edelgas in Molekülkäfig detektiert Immunprozesse

Mit Magnetresonanztomographie (MRT) Funktionsstörungen von Herz und Hirn ohne Eingriff in den Körper aufzuspüren, ist bereits ein etabliertes Diagnoseverfahren. Nun wollen Wissenschaftler der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt Berlin (PTB) gemeinsam mit Kollegen der Freien Universität Berlin (FUB) die MRT so „scharfsichtig“ machen, dass sogar das Bindungsverhalten einzelner immunologisch wichtiger Moleküle im Körper sichtbar gemacht werden kann.

Dies soll durch einen Biosensor gelingen, der unter anderem das Edelgas Xenon enthält, dessen MRT-Signal um mehrere Größenordnungen erhöht werden kann. Da Edelgase für gewöhnlich keine Bindungen eingehen, greifen die Forscher zu einem Trick: Sie sperren das Xenonatom in einen Molekülkäfig und binden diesen an das Oberflächenmolekül einer Immunzelle.

Durch das hochempfindliche Xenon kann dann die Abwehrzelle mittels MRT beobachtet werden. Das Verfahren soll in der Diagnostik von Autoimmunerkrankungen wie Rheumatoider Arthritis oder Multipler Sklerose eingesetzt werden. In der vergangenen Woche ist das Forschungsvorhaben von Lorenz Mitschang (PTB), Wolfgang Kilian (PTB) und Christian Freund (FUB) vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen des Innovationswettbewerbs Medizintechnik prämiert worden.

Von den Forschern wurde in einer Kooperation mit Wissenschaftlern des Max-Delbrück-Centrums für Molekulare Medizin bereits ein solcher Biosensor entwickelt, er ist ein Konstrukt aus vier Bestandteilen: dem Edelgas Xenon (129Xe), dem umgebenden Molekülkäfig, einem Virusfragment und einem so genannten Linker, der für die Bindung zwischen Käfig und Virusfragment zuständig ist. Der Biosensor bindet ganz spezifisch an ein bestimmtes Molekül: das Protein MHC II, das im Immunsystem dafür zuständig ist, Krankheitserreger zu präsentieren und eine Immunreaktion induzieren kann.

Durch den Einsatz von hyperpolarisiertem 129Xe wurde eine hinreichend hohe Meßempfindlichkeit erreicht, um ein Nanomol MHC II-gebundener Biosensoren nachzuweisen. Dies ist die Voraussetzung dafür, immunologisch aktiven Molekülen auf der Spur zu bleiben, die nur in geringen Konzentrationen auftreten. Im Normalfall ist das Antigen ein körperfremder Eindringling. Bei Autoimmunerkrankungen ist es jedoch ein körpereigener Stoff, gegen den das Abwehrsystem dann mobilisiert wird. Antworten auf die Frage, wieso das Immunsystem sich so verhält und welche Faktoren verantwortlich sind, ist Ziel medizinischer Forschung.

Ansprechpartner in der PTB
Lorenz Mitschang, Tel.: (030), 3481-7632, E-Mail: lorenz.mitschang@ptb.de