Tumorcharakterisierung

Mit Rhodobacter Heterogenität von Tumoren darstellen

Mithilfe photosynthetischer Bakterien konnte eine optoakustische Methode entwickelt werden, die zeigt, wo in Tumoren Makrophagen anwesend und aktiv sind. Damit könnten neue Wege für innovative Diagnose- und Therapieverfahren eröffnet werden.

Veränderung des optoakustischen Signals phototropher Bakterien durch Aufnahme von Makrophagen (außen blau, in den Makrophagen rot) schematisch (oben), mikroskopisch (2. Reihe) und via MSOT (unten). Die Veränderung des MSOT-Signals (3. Reihe) gibt Auskunft über die Verteilung von Rhodobacter-Zellen innerhalb und außerhalb der Makrophagen und damit über ihre Lokalisation und Aktivität. © HMGU

Zahlreiche Krebserkrankungen führen zu soliden, also festen Tumoren. In ihrem Inneren weisen diese Tumore große Unterschiede auf zellulärer und molekularbiologischer Ebene auf. Ein Wissenschaftsteam des Helmholtz Zentrums München, des Forschungszentrums Jülich, der Technischen Universität München sowie der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, konnte kürzlich zeigen, dass sich harmlose Purpurbakterien (Rhodobacter) dazu eignen, solche unterschiedliche Regionen innerhalb von Tumoren zu charakterisieren. Die Forschenden nutzen Bakterien der Gattung Rhodobacter, um Makrophagen, die bei der Tumorentwicklung eine Rolle spielen, mit optoakustischen Methoden sichtbar zu machen.

„Wir konnten zeigen, dass sich die für den Menschen harmlosen Bakterien der Gattung Rhodobacter indirekt als Marker für die Präsenz und Aktivität von Makrophagen eignen“, sagt Dr. Andre C. Stiel, Leiter der Arbeitsgruppe ‚Cell Engineering‘ vom Institut für Biologische und Medizinische Bildgebung (IBMI) des Helmholtz Zentrums München. Rhodobacter erzeugen in großen Mengen das Pigment Bacteriochlorophyll a für ihre Photosynthese. Dieser Farbstoff ermöglichte den Forschenden, Bakterien im Tumor mit der multispektralen optoakustischen Tomographie (MSOT)* aufzuspüren.

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Wie funktioniert das Prinzip?

Makrophagen nehmen im Zuge ihrer natürlichen Fressaktivität – der Phagozytose – die Bakterien auf. Dadurch ändert sich die Umgebung der Bakterien, deren Absorption von elektromagnetischer Strahlung und damit auch das optoakustische Signal. Rhodobacter fungieren als Sensoren: Sie geben Hinweise auf die Anwesenheit und Aktivität von Fresszellen.

„In weiteren Schritten können solche Bakterien Ansätze für nicht-invasive Technologien und somit völlig neue Wege für innovative Diagnose- und Therapieverfahren eröffnen“, ergänzt Dr. Thomas Drepper, Leiter der Arbeitsgruppe ‚Bacterial Photobiotechnology‘ der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf. So könnten in der Zukunft Bakterien sowohl die Lage von Tumoren anzeigen, als auch eine erhöhte Aktivität von Makrophagen aufdecken, die je nach Situation Hinweise auf unerwünschte Entzündungen oder auf das erwünschte Ansprechen immunologischer Therapien geben, und schlussendlich dafür genutzt werden, den Effekt von Therapien im Detail zu erforschen.

Original Publikation:
Lena Peters et al. (2019): Phototrophic purple bacteria as optoacoustic in vivo reporters of macrophage activity. Nature Communications, DOI: 10.1038/s41467-019-09081-5

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*Bei einer MSOT-Aufnahme wandelt sich Licht zuerst in Schall und dann in visuelle Informationen um. Zunächst wird ein schwacher, pulsierender Laserstrahl auf das Körpergewebe gerichtet. Moleküle und Zellen, auf die der Strahl trifft, erwärmen sich geringfügig und reagieren mit minimalen Vibrationen, die wiederum Schallsignale erzeugen. Diese werden von Sensoren aufgenommen und in Bilder umgewandelt. Die Art und Weise, in der die einzelnen Zellen und Moleküle auf den Laser reagieren, hängt von ihren optischen Eigenschaften ab, etwa hier von den Eigenschaften bakterieller Farbstoffe.

Quelle: Helmholtz Zentrum München

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