Mit Nano den Plaques auf der Spur: Forscher aus Adlershof und von der Berliner Charité arbeiten an der Weiterentwicklung eines Elementmikroskops

25. Oktober 2017

Mit Nano den Plaques auf der Spur

Forscher aus Adlershof und von der Berliner Charité arbeiten an der Weiterentwicklung eines Elementmikroskops

Lena Ascher, BAM. Bild: © Adlershof Journal

Doktorandin Lena Ascher überprüft am Laser die vollständige Gewebeabtragung. Bild: © Adlershof Journal

In den menschlichen Körper zu blicken, den Zustand von Gefäßen und Organen möglichst exakt zu bestimmen, ist Ziel moderner medizinischer Bildgebung. Lebenswichtige Fragen gilt es zu beantworten. Drohen Herzinfarkt oder Schlaganfall, etwa weil die Blutgefäße arteriosklerotisch, also durch Ablagerungen verengt sind? Forscher der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) und der Berliner Charité haben dafür ein besonderes Mikroskop entwickelt.

Es sind raffinierte Verfahren, mit denen Charité-Professor Eyk Schellenberger, Leiter der AG Molekulare Bildgebung, und seine Mitarbeiter winzige, nur wenige Nanometer (millionstel Millimeter) große Objekte aufspüren: von außen zugeführte Marker oder körpereigene Atome und Moleküle. Gemeinsam mit dem Team um Norbert Jakubowski, Leiter des Fachbereichs anorganische Spurenanalytik bei der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) in Adlershof, wurde dazu ein spezielles Elementmikroskop entwickelt.

„Damit können wir die Nanopartikelverteilung in klinischen Gewebeproben messen“, sagt Jakubowski. Dies kann wichtige Informationen über krankhafte Prozesse liefern. Jedoch sind solche Veränderungen kontrastarm und schwer darzustellen. So müssen Marker her, die sich an die Zellen heften und Signale aussenden, leuchtende oder magnetische. Letzteres leisten winzige VSOP (Very Small Iron Oxide Particles), die in die Blutgefäße injiziert und mit Magnetresonanztomographie (MRT) aufgespürt werden können. „Innerhalb etwa einer Stunde sammeln sie sich in den arteriosklerotischen Plaques an“, sagt Schellenberger, der sich nach der Promotion 1999 an der Uni Halle dreieinhalb Jahre lang an der Harvard Medical School auf „Molecular Imaging Research“ spezialisierte und seit 2004 an der Berliner Universitätsklinik forscht und lehrt.

Um die VSOP sicher nachweisen zu können, mischen die Charité-Forscher bei der Herstellung der Eisenoxid-Partikel Europium zu, ein Element aus der Gruppe der Seltenen Erden, das im Körper kaum vorkommt. „Der Gehalt von etwa 0,3 Prozent Europium verändert die Eigenschaften der VSOP nicht“, sagt der Radiologe. Doch wie lassen sich die dem Versuchstier, einer Maus, entnommenen Proben exakt analysieren, wie die Europium-VSOP sichtbar machen?

Dazu dient das Elementmikroskop, auf das Schellenberger bei einer Konferenz aufmerksam wurde. Mit diesem Instrument lassen sich einzelne Elemente in biologischen Gewebeschnitten orten und analysieren. Bei der Suche nach Berliner Spezialisten auf diesem Gebiet traf er auf Jakubowski und seine Mitarbeiterin, die Chemikerin Larissa Müller. Das führte zu einem gemeinsamen Projekt von Charité und BAM, das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert wird. Mittlerweile arbeitet die Doktorandin Lena Ascher an der weiteren Optimierung des Verfahrens, bei dem Gewebeproben per Laser verdampft und im Plasma eines speziellen Massenspektrometers in einzelne Elemente zerlegt werden. So können Europium und Eisen, die in den Plaques der Maus-Aorta enthalten sind, sehr genau quantitativ bestimmt werden.

Mit dem Elementmikroskop lassen sich derzeit sogar bis zu 30 Parameter, etwa Markierungspartikel und Antikörper in einer einzigen Messung bestimmen. Der Blick in den Körper wird damit noch genauer.

Von Paul Janositz für Adlershof Journal

www.bam.de

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