Labelfreie Bildgebung zeigt Zell-Reaktion auf Krebsbehandlung

Mikroskopaufnahme, die die Verteilung fehlgefalteter Proteine in Myelomzellen zeigt, die aus einer Biopsie eines Myelom-Patienten stammen, der empfindlich auf die Behandlung mit Lenalidomid und Bortezomib reagiert.

 Bildquelle: Helmholtz Munich; © Francesca Gasparin 

Ihre MiROM-Technologie ermöglicht die Echtzeitvisualisierung von Proteinveränderungen in lebenden Myelomzellen und liefert frühzeitige Einblicke in die Wirksamkeit der Therapie. MiROM erkennt fehlgefaltete Proteine, die einen wichtigen Indikator für die Reaktion auf die Krebsbehandlung darstellen. Dadurch bietet es einen schnelleren und präziseren Ansatz, um die Therapie für Patienten mit multiplem Myelom individuell anzupassen. 

Die Forscher stellen ihre Erkenntnisse im Fachjournal Nature Biomedical Engineering vor. 

MiROM (kurz für „mittlere Infrarot-Optoakustische Mikroskopie“) identifiziert Proteine, indem es mittlere Infrarotstrahlung nutzt, um molekulare Vibrationen zu detektieren – den natürlichen „Tanz“ der Moleküle innerhalb von Proteinstrukturen. Im Gegensatz zur optischen Spektroskopie, die die Lichtabsorption misst, erfasst die Optoakustik Ultraschallwellen, die entstehen, wenn Proteine Infrarotlicht absorbieren. Diese Absorption führt zu einer minimalen, lokalisierten Temperaturerhöhung, die eine vorübergehende Expansion des umgebenden Mediums und die Emission von Ultraschallwellen zur Folge hat. Durch die Analyse dieser Signale in Echtzeit kann MiROM strukturelle Veränderungen in Proteinen, wie etwa Fehlfaltungen, erkennen, indem es Verschiebungen in ihrem molekularen „Tanz“ identifiziert. Diese Fähigkeit liefert wertvolle Einblicke in die Reaktion von Krebszellen auf Behandlungen. 

Das multiple Myelom ist eine Blutkrebsart, die die Plasmazellen im Knochenmark befällt und zu abnormer Proteinproduktion, geschwächtem Immunsystem und Organschäden führt. Die traditionellen Methoden zur Bewertung der Myelombehandlung erfordern häufig große Zellproben, aufwendige Vorbereitungen und zeitintensive Messungen, was die rechtzeitige Überwachung der Reaktionen einzelner Patienten erschwert. 

MiROM überwindet diese Herausforderungen, indem es Einzelzellen analysiert, nur wenige Proben benötigt und eine schnelle, nahezu sofortige Einschätzung der Behandlungseffektivität liefert. „MiROM ermöglicht es, einzelne Zellen in Echtzeit zu analysieren, ganz ohne aufwändige Probenvorbereitungen, und liefert so rasche Einblicke, wie Behandlungen die Proteinstrukturen auf zellulärer Ebene beeinflussen“, erklärt Francesca Gasparin, Erstautorin der Studie. „Besonders gut kann MiROM die Bildung intermolekularer Beta-Faltblätter (Strukturen, die mit fehlerhaft gefalteten Proteinen in Verbindung stehen) sowie Apoptose, den programmierten Zelltod, erkennen. Diese Prozesse zeigen, ob Krebsbehandlungen wirksam sind oder ob eine Arzneimittelresistenz entsteht“, fügen Prof. Miguel Pleitez und Prof. Florian Bassermann, leitende Forscher der Studie, hinzu. 

Durch die Analyse einzelner Zellen kann MiROM Unterschiede in der Reaktion auf Krebsbehandlungen eines Patienten aufdecken und so den Weg für eine personalisierte Therapie ebnen. „Wir stellen uns den Einsatz von MiROM in der Arzneimittelprüfung, in diagnostischen Tests und bei der Patientenüberwachung zu Hause vor“, sagt Prof. Vasilis Ntziachristos, ebenfalls leitender Forscher der Studie. Der nächste Schritt wird die klinische Validierung in größeren Patientenkohorten sein, um diese Technologie in die tägliche medizinische Praxis zu integrieren. 

Quelle: Helmholtz Munich 

15.07.2025

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