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Neue Methode erkennt alternde „Zombie-Zellen“ per Laserlicht
Zellen im Ruhestand: Manche Körperzellen stellen ihre Teilung dauerhaft ein, bleiben jedoch im Gewebe aktiv. Nun haben Forscher bei Mäusen ein gemeinsames, mit Fetten verbundenes Lichtsignal solcher „Zombie-Zellen“ nachgewiesen. Die Entdeckung könnte helfen, seneszente Zellen künftig ohne zerstörende Markierungen zu identifizieren. Für einen Einsatz beim Menschen reicht die Genauigkeit bislang allerdings nicht aus.
Cambridge (U.S.A.). Mit zunehmendem Alter bleiben im Körper Zellen zurück, die sich nicht mehr teilen, aber weiterhin Stoffe an ihre Umgebung abgeben. Diese sogenannten seneszenten Zellen können Entzündungen und Gewebeschäden begünstigen, übernehmen aber auch Aufgaben bei der Reparatur von Verletzungen. Ihr genauer Aufenthaltsort lässt sich bisher nur aufwendig bestimmen: Gängige Nachweisverfahren benötigen molekulare Markierungen, die Zellen verändern oder das untersuchte Material zerstören.
Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) um Dr. Jeon Woong Kang haben nun untersucht, ob sich solche Zellen anhand ihres chemischen Fingerabdrucks erkennen lassen. Dazu kombinierten sie laserbasierte Raman-Mikroskopie mit Analysen der Genaktivität. Als Versuchsmaterial dienten Lungen- und Hautproben von zwei und 26 Monate alten Mäusen, jeweils drei Tiere pro Altersgruppe und Organ.
Bei der Raman-Mikroskopie verrät die leichte Veränderung gestreuten Laserlichts, welche chemischen Bindungen im Gewebe vorkommen. Die Lichtmessung selbst ist nicht zerstörend. Anschließend bestimmten die Forscher in denselben Gewebeschnitten räumlich die Aktivität von 890 Genen. Als Kennzeichen für den seneszenten Zustand nutzten sie dabei die Aktivität des Gens p21, dessen Protein die Zellteilung bremst.
„Unsere Idee war, viele verschiedene Merkmale zu betrachten, um Seneszenz zu charakterisieren. Deshalb wollten wir sowohl die Genaktivität einzelner Zellen als auch die Raman-Mikroskopie kombinieren, damit wir die Seneszenz aus zwei sich ergänzenden Blickwinkeln charakterisieren können“, erklärt Jian Shu vom Massachusetts General Hospital (MGH).
Die Messungen enthüllten zunächst deutliche Unterschiede. In der Lunge waren bei p21-positiven Zellen vor allem Programme für den Umbau von Gewebe und die Entstehung von Narbengewebe aktiv. In der Haut dominierten Gene für die Ausbildung und Erhaltung ihrer schützenden Oberflächenschicht. Dennoch zeigten beide Organe ein gemeinsames Raman-Signal, das mit Fetten und fettähnlichen Molekülen verknüpft ist. Ob diese Stoffe die Seneszenz mitverursachen, ist damit nicht geklärt.
Aus den auffälligsten Raman-Signalen und Genmerkmalen entwickelten die Forscher einen rechnerischen Barcode für seneszente Zellen. Ein lernfähiges Computerprogramm sollte damit p21-positive und p21-negative Zellen auseinanderhalten. Allein mit den Gendaten lag seine Treffergenauigkeit in Lungenproben bei rund 74 Prozent. Mit den zusätzlichen Lichtinformationen stieg sie auf knapp 78 Prozent. In der Haut verbesserte sie sich von rund 62 auf 65 Prozent.
Das ist ein Fortschritt, aber noch keine sichere Identifizierung. Nutzt man ausschließlich die Raman-Messung, erreicht das Modell rund 49 Prozent Treffer in der Lunge und 60 Prozent in der Haut. Der Lichtbefund trägt somit neue Informationen bei, ersetzt die molekulare Analyse bislang aber nicht.
„Indem wir die wichtigsten Raman-Merkmale mit den wichtigsten Gensignaturen kombiniert haben, konnten wir einen Barcode erstellen, der uns helfen kann, seneszente Zellen unvoreingenommener zu identifizieren. Mithilfe dieses Barcodes können wir uns auf einige wenige Raman-Banden konzentrieren, die sich in dieser Arbeit als besonders aussagekräftig erwiesen haben“, erklärt Salvatore Sorrentino vom Massachusetts Institute of Technology (MIT).
Als zusätzlichen Test beobachteten die Wissenschaftler die Heilung kleiner Hautwunden bei alten Mäusen. Drei Tage nach der Verletzung fanden sie in p21-positiven Zellen verstärkte Signale für Fettmoleküle und Gene, die am Aufbau der Hautbar