Meilenstein in der Krebsdiagnostik
Methode zur besseren Erkennung von Tumoren
Krebszellen im Körper finden und zugleich erkennen, ob sie gefährlich sind – diesem Traum sind Forscher der Jacobs University in Bremen und des Leibniz-Instituts für molekulare Pharmakologie in Berlin nun einen großen Schritt näher gekommen. Sie haben eine Methode entwickelt, um mit hoher Empfindlichkeit Substanzen abzubilden, die bösartige Tumore anzeigen.
Die Magnetresonanztomographie, kurz MRT, gehört heutzutage zum medizinischen Alltag. Mit Hilfe von Magnetfeldern liefert sie Bilder vom Inneren des menschlichen Körpers. Diese können beispielsweise helfen, krankhafte Veränderungen der Organe oder Tumore zu erkennen. Dass es bei der Visualisierung ganz entscheidend auf die Wechselwirkung mit den Kontrastmitteln ankommt, hat jetzt erneut eine Forschergruppe bestätigt, an der auch Dr. Andreas Hennig von der Jacobs University in Bremen beteiligt war. Sie entdeckte ein Molekül, das den Kontrast der Aufnahmen im Vergleich zu bisherigen Mitteln etwa 100-fach verbessert. Der Name des Super-Kandidaten: Cucurbituril.
Die Magnetresonanztomographie basiert auf einer Wechselwirkung aus Magnetfeldern und Radiowellen mit Wasserstoffatomen. Neben dem Wasserstoff kann bei dem Verfahren auch das Edelgas Xenon genutzt werden, um Bilder von unserem Innenleben zu erzeugen. Mit speziell vorbereitetem Xenon können Signale des harmlosen Edelgases, das vom Patienten eingeatmet wird, im MRT deutlich empfindlicher nachgewiesen werden als die des Wasserstoffs. Bei der jetzt von den Wissenschaftlern entwickelten Methode funktionieren die ringförmigen Cucurbiturile wie eine Schleuse. Die Xenon-Atome werden durch den Ring geschleust und quasi markiert. Das im MRT ausgesandte Signal kann dann Areale mit und ohne Cucurbiturile klar unterscheiden. Solche „Schleuser-Moleküle” kannte man schon früher. Aber das Cucurbituril kann sehr viel mehr Xenon in der selben Zeit markieren und die Messung dadurch deutlich genauer machen.
In ihrer jüngsten Untersuchung treiben Hennig und seine Berliner Kollegen vom Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie Berlin (FMP) den Schleusen-Trick nun noch einen Schritt weiter. Sie haben herausgefunden, wie man das Schleusentor des Cucurbiturils gezielt öffnen und schließen kann. Als Schlüssel dient ein Enzym namens Lysin-Decarboxylase. Dieses Enzym erzeugt einen Stoff, der den Hohlraum des Cucurbituril-Rings besetzt. In seiner Gegenwart schließt das Cucurbituril also seine Schleusen. In der Folge kann weniger Xenon markiert werden, entsprechend verändert sich das vom MRT gemessene Signal.
Was das ganze nun mit Krebs zu tun hat? Die Lysin-Decarboxylase ist mehr als nur der Schlüssel zum Cucurbituril. Das Enzym spielt auch eine entscheidende Rolle beim Wachstum von Tumoren und kann zeigen, ob ein Tumor bösartig ist. Im Umkehrschluss können Hennig und seine Kollegen also aus blockierten Schleusen – die anzeigen, dass Lysin-Decarboxylase vorhanden ist – auf die Bösartigkeit eines Tumors schließen.
„Diese Schleusen schalten zu können, ist ein Riesenschritt auf dem Weg zu einer effizienten Früherkennung von Krebs. Besonders bemerkenswert ist, wie effizient wir sie öffnen und schließen konnten“, erklärt Hennig. „Das unterstreicht das große Potenzial unserer Methode für die Medizin. Die Xenon-MRT, idealerweise mit einer Vielzahl von Kontrastmitteln, die verschiedene Zelltypen markieren, könnte schon kleine Tumorherde deutlich zeigen und individuelle Diagnosen ganz ohne Biopsien erlauben. Die Methode hat zudem den großen Vorteil, dass es im Gegensatz zu klassischen, radioaktiven Kontrastmitteln keine nennenswerte Strahlenbelastung für den Patienten gibt.”
Ganz so weit ist es allerdings noch nicht. Weiterführende Studien sind nötig, um die Methode aus dem Reagenzglas zum Patienten zu bringen. Zunächst wollen Hennig und sein Kollege Dr. Leif Schröder vom FMP die Empfindlichkeit der Messung in Zellkulturen verbessern. Außerdem gilt es, den Enzymschlüssel noch präziser zu bedienen und nach weiteren Schlüsselmolekülen suchen. „Unsere ersten Experimente mit Cucurbituril waren ein ziemlicher Schuss ins Blaue. Die entstandene Methode ist viel sensitiver, als wir jemals erhofft hätten. Das war auch für uns eine Riesenüberraschung”, erzählt Hennig. „Es ist ein Meilenstein für die Krebsdiagnostik, den wir nun gezielt weiterentwickeln werden.”
Originalveröffentlichung
Matthias Schnurr, Jagoda Sloniec-Myszk, Jörg Döpfert, Leif Schröder und Andreas Hennig; "Supramolekulare Assays zur Lokalisation von Enzymaktivität durch Verdrängungs-induzierte Änderungen in der Magnetisierungstransfer-NMR-Spektroskopie mit hyperpolarisiertem 129Xe"; Angewandte Chemie, in press (2015).
"Identification, classification, and signal amplification capabilities of high-turnover gas binding hosts in ultra-sensitive NMR"; Chemical Science, 2015, 6, 6069 – 6075.
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