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.