Mit einem speziellen optischen Verfahren haben Ulmer Forscher sogenannte Biomarker in lebenden Krebszellen ausfindig gemacht. Mit diesen Markierstoffen können sie Wachstum und Veränderungen in Tumoren verfolgen, ohne dass die Zellen durch eine chemische Präparation im Labor absterben. Bei ihren spektroskopischen Untersuchungen an Zellen des Neuroblastoms – einer Krebsart, die bei Kindern vorkommt – sind die Wissenschaftler um Angelika Rück vom Institut für Lasertechnologien in der Medizin und Messtechnik (ILM) in Ulm auf das Molekül Cytochrom c gestoßen. Die Verteilung dieses Stoffs in der Zelle kann Auskunft über den Differenzierungsgrad des Tumors geben, erklären die Forscher. Weitere Untersuchungen sollen zeigen, inwieweit sich diese Cytochrom-c-Signatur einer Krebszelle für die Diagnose eignet. In einem Nachfolgeprojekt wollen die Forscher testen, ob sich auch Darmkarzinome mit optischen Mitteln analysieren lassen.
Um Gewebe zu untersuchen, färben Wissenschaftler die Zellen üblicherweise an, um sie dann im Fluoreszenzmikroskop zu betrachten. Der Nachteil: Die chemische Präparation greift in den Stoffwechsel ein und lässt die Zellen gar absterben. Rück und ihre Kollegen hatten daher die Idee, die Zellgewebe optisch zu durchleuchten, um allein anhand der Lichtabsorption und -streuung auf Zellbestandteile zu schließen und Unterschiede in der Zellentwicklung herauszuarbeiten. Sie setzten die sogenannte Ramanspektroskopie ein: Ein Laserstrahl beleuchtet die Probe und regt die Moleküle in den Zellbestandteilen zum Schwingen an. Die Schwingungen sind dann ganz charakteristisch für die Moleküle. Der Laserstrahl rastert die Zelle ab: Für jedes Pixel erhalten die Forscher ein ganzes Schwingungsspektrum mit den überlagerten Schwingungen aller Moleküle. Die Kunst der Forscher lag nun im Auswerten der Spektren mit speziellen mathematischen Verfahren.
Aus der Mixtur extrahierten die Forscher ein ganz bestimmtes Molekül: das Cytochrom c. Es ist ein evolutionsgeschichtlich sehr altes Molekül und dient als Elektronenüberträger in den Zellkraftwerken, den Mitochondrien, erklärt Rück. Zunächst befindet sich das Cytochrom c nur in den Zellwänden der Mitochondrien. Entwickelt sich das Neuroblastom weiter, gelangt die Substanz in das Zellplasma. Im Umkehrschluss können die Forscher anhand einer Zellprobe nun bestimmen, in welchem Entwicklungsstadium sich das Neuroblastom befindet.
Das Neuroblastom ist ein Tumor des vegetativen Nervensystems, befällt Nebennieren sowie Wirbelsäule und tritt im Kopf-, Hals- oder Brustbereich auf. Meist tritt das Karzinom bei Kindern in den ersten Lebensjahren auf. Haben sich erst einmal Metastasen gebildet, so beträgt die Überlebenschance nur 40 Prozent. Das Besondere am Neuroblastom ist seine spezielle Zellentwicklung: Die Zellen sind in ihrer Ausdifferenzierung gehemmt. Wird diese Blockade überwunden – was häufig spontan geschieht – und die Zellen entwickeln sich normal weiter, so verschwindet der Krebs. Je nach Krebsstadium kommt es in bis zu 50 Prozent der Fälle zu einer solchen Spontanheilung.
In einem neuen Industrieprojekt wollen Rück und ihr Team Darmkarzinome mit ähnlichen spektroskopischen Verfahren untersuchen. “Die Colonkarzinome bilden ganz besondere Fette”, erklärt Rück. Sie hofft ähnlich wie beim Neuroblastom auch bei Darmzellen auf spezifische Moleküle zu stoßen, die einerseits einen vorhandenen Tumor identifizieren helfen und Rückschlüsse auf die Wachstumsphase erlauben. Dazu wollen die Forscher auch ihre Messtechnik verfeinern: Ein Festkörperlaser soll Lichtpulse mit einer Dauer von Pikosekunden (eine Millionstel Millionstel Sekunde) auf die Gewebeprobe feuern. Durch die extrem kurze Anregung wollen die Forscher die resultierenden Schwingungsspektren von anderen Störeinflüssen besser abtrennen, um eindeutige Ergebnisse zu erzielen.
Weitere Informationen: Arbeitsgruppe von Angelika Rück am ILM Martin Schäfer (unterstützt durch das Kompetenznetz Optische Technologien in Baden-Württemberg, Photonics BW)
