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Kontrastmittel.
Elektro­nen­mi­kro­skop-Aufnahme von Gas-Vesik­eln (links), die als hohle Protein-Nanostruk­tu­ren Gas rever­si­bel binden. Xenon-MRT-Aufnahme (rechts), bei dem die Vesikel im zentra­len Bereich mittels Hyper-CEST bei einer etwa 10.000-fach gerin­ge­ren Konzen­tra­tion als übliche MR-Kontrast­mit­tel detek­tiert werden können.Bild: Leif Schrö­der, FMP

Forscher des Leibniz-Forschungs­in­sti­tuts für Moleku­lare Pharma­ko­lo­gie (FMP) und des Califor­nia Insti­tute of Techno­logy haben ein Kontrast­mit­tel auf Basis von Gas-Vesik­eln spezi­ell für MRT und Ultra­schall entwi­ckelt. Da es von Zellen selbst herge­stellt werden kann, wird man künftig Krank­heits­pro­zesse visua­li­sie­ren können, die bisher im Verbor­ge­nen blieben. Die Arbeit wurde jetzt in „Nature Proto­cols“ veröffentlicht.

Der optischen Bildge­bung kommt beim Aufklä­ren von biolo­gi­schen Prozes­sen eine Schlüs­sel­rolle zu. Mit entspre­chen­der Technik lassen sich heute schon krank­hafte Prozesse auf Zellebene visua­li­sie­ren. Aller­dings sind den Einbli­cken Grenzen gesetzt: Zum einen zieht die natür­li­che Zelltei­lung eine Verdün­nung herkömm­li­cher Kontrast­mit­tel nach sich, wodurch sich die Zellen nach einiger Zeit der Beobach­tung entzie­hen. Außer­dem fehlt es in tieflie­gen­den Geweben für die optische Bildge­bung am nötigen Licht.

Diese Hürden könnten schon bald der Vergan­gen­heit angehö­ren. Den Forschern vom Leibniz-FMP in Berlin ist es jetzt gemein­sam mit den Kolle­gen vom Califor­nia Insti­tute of Techno­logy in Pasadena gelun­gen, ein neuar­ti­ges Kontrast­mit­tel zu entwi­ckeln, das sich gleich­zei­tig für die Magnet­re­so­nanz­to­mo­gra­phie (MRT) als auch für Ultra­schall-Messun­gen eignet. Beide Bildge­bungs­ver­fah­ren können auch Signale von tieflie­gen­den Geweben detek­tie­ren und kommen obendrein – im Gegen­satz zur Compu­ter- oder Positro­nen-Emissi­ons-Tomogra­phie (CT bzw. PET) – ohne Strah­len­be­las­tung aus.

Die anvisier­ten Zellen stellen das Kontrast­mit­tel selber her

Das entschei­dend Neue an diesem Kontrast­mit­tel ist, dass es genetisch expri­mier­bar ist: Genau wie das „green fluore­scent protein“ (GFP), das zellbio­lo­gi­sche Studien revolu­tio­niert hat, kann man es prinzi­pi­ell so einset­zen, dass die zu beobach­ten­den Zellen es selbst herstel­len. Das Mittel verdünnt sich also nicht bei der Zelltei­lung, sondern kann dauer­haft von außen aufge­spürt werden.
„Das hat entschei­dende Vorteile für die Grund­la­gen­wis­sen­schaf­ten“, kommen­tiert FMP-Forscher Dr. Leif Schrö­der die deutsch-ameri­ka­ni­sche Co-Produk­tion, deren Ergeb­nisse jetzt in „Nature Proto­cols“ erschie­nen sind. „Wir werden das Schick­sal bestimm­ter Zellen im Organis­mus verfol­gen können, die uns bislang im Verbor­ge­nen geblie­ben sind.“

Das neue Kontrast­mit­tel selbst besteht aus sogenann­ten Gas-Vesik­eln. Das sind hohle Protein-Struk­tu­ren, die von bestimm­ten Bakte­rien herge­stellt werden, um damit ihre Schwe­be­tiefe im Wasser einzu­stel­len – ähnlich wie die Schwimm­blase bei Fischen. Dank der Arbeit der US-Forscher lassen sich die mit Gas gefüll­ten Vesikel schon jetzt in Mäusen sehr empfind­lich im Ultra­schall darstellen.

Direk­ter Einsatz am Patien­ten nicht vorgesehen

Ein direk­ter Einsatz beim Patien­ten ist für diese Art Kontrast­mit­tel bislang nicht vorge­se­hen, vielmehr soll es zur zellbio­lo­gi­schen Forschung an Tiermo­del­len dienen. Auch andere Wissen­schaft­ler sollen es nutzen können.
„Wenn am Ende alles zusam­men­spielt, wäre das ein sehr großer Durch­bruch für die Diagnos­tik und zum Verständ­nis von Krank­hei­ten im Tiermo­dell“, betont Schrö­der, der seit über zehn Jahren die Anwen­dun­gen mit hyper­po­la­ri­sier­ten Edelga­sen für die MRT optimiert. Auch Thera­pie­ant­wor­ten ließen sich damit visua­li­sie­ren und somit Medika­mente verbessern.