Zellbildgebungsverfahren könnte Diagnostik verändern
Der Wettlauf um einen COVID-19-Impfstoff hat demonstriert, wie wichtig es ist, Krankheitsverläufe zu verstehen. Als vielversprechender Forschungsbereich gilt die frühzeitige und detaillierte Erkennung von Veränderungen in der Zellstruktur, nachdem ein Virus eingedrungen ist. Eine neuartige Technologie, mit der das erfassbar ist, stellt gegenwärtig die Soft-Röntgenmikroskopie (SXM) dar. Das Mikroskop funktioniert wie ein CT-Scanner, allerdings auf Zellebene. „Röntgenmikroskopie mit weicher Strahlung ist echt cool“, sagt Nicola Fletcher, Koordinatorin des Projekts CoCID(öffnet in neuem Fenster) vom University College Dublin(öffnet in neuem Fenster) (UCD) in Irland. „Sie liegt zwischen der sogenannten Lichtmikroskopie – also der üblichen Mikroskopie –, und der Elektronenmikroskopie, mit der einzelne Aspekte einer Zelle im Detail betrachtet werden. Das Schöne an der Soft-Röntgenmikroskopie ist, dass sie eine ganze Zelle erfasst, die in allen Einzelheiten betrachtet werden kann.“ Das Problem ist jedoch, dass die für ein mit weicher Röntgenstrahlung arbeitendes Mikroskop erforderliche Beleuchtung eine Anlage in der Größe eines Fußballstadions, ein sogenanntes Synchrotron, erfordert. „Es gibt weltweit nur sechs, und diese sind extrem schwer zugänglich“, fügt Fletcher hinzu.
Miniaturisierung der weichen Röntgendurchleuchtung
Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts CoCID wird versucht, diese Herausforderung mit dem Aufbau einer Lösung zu meistern, die von SiriusXT(öffnet in neuem Fenster), einem Spin-off-Unternehmen des UCD, entwickelt wurde. Das Start-up-Unternehmen fand kürzlich einen Weg, um das Synchrotron zu einer kleinen Kammer zu miniaturisieren, die in ein Labor passt, und die die gleiche Art der weichen Röntgendurchleuchtung wie das Synchrotron zu bieten hat. Das Ziel des Projekts CoCID bestand darin, die Technologie weiter zu verfeinern und ihre Leistungsfähigkeit bei der Zellstrukturbildgebung vorzuführen. Die Projektarbeit befasste sich mit Viren, die strukturelle Veränderungen verursachen, wenn sie Zellen infizieren. Es wurde ein Konsortium aus UCD, SiriusXT und verschiedenen europäischen Fachleuten für Mikroskopie und Viren zusammengestellt. „Es gab Gruppen, die Hepatitis E, SARS-CoV-2, Hepatitis C und Herpesvirusinfektionen untersuchten“, erläutert Fletcher. „Können wir die strukturellen Veränderungen verstehen, die vor sich gehen, wenn Viren Zellen infizieren, und sind diese mit Arzneimitteln umkehrbar? Das waren die Fragen, die uns beschäftigten.“
Langzeiteffekte von Krankheiten
Das Team des Projekts CoCID trug dazu bei, die SiriusXT-Technologie weiter zu verfeinern und zu entwickeln, die Auflösung zu steigern und die Technologie näher an das Niveau eines Synchrotrons heranzubringen. Innerhalb des Projekts wurde die SiriusXT-Technologie durch Lichtmikroskopie ergänzt. „Unter Einsatz dieser Technologie konnten wir Zellstrukturveränderungen charakterisieren und Stellen identifizieren, die nach einer Infektion tiefgreifende Veränderungen durchliefen“, merkt Fletcher an. „Das ist eine neue Art, virusinfizierte Zellen zu erforschen.“ Somit konnten projektintern beispielsweise Bilder von Zellen nach einer Virusinfektion aufgenommen werden. „Wir untersuchten die Auswirkungen antiviraler Therapien“, berichtet sie. „Hepatitis C-infizierte Zellen sehen wie kleine Schrottplätze aus, auf denen wir Teile toter Viren vermuten. Das wirft neue Fragen auf, etwa, was dies für die zukünftige Gesundheit der Zellen bedeutet und welche langfristigen Auswirkungen Krankheiten wie COVID verursachen könnten.“
Gewebedarstellung mit Soft-Röntgen-Tomografie
Das Mikroskop von SiriusXT ist jetzt am UCD in Betrieb, und mehrere in Entwicklung befindliche Mikroskope stehen in der eigenen Einrichtung in Dublin zur Verfügung. „In Zukunft wollen wir als Forschende die praktischen Auswirkungen dieser Technologie genauer untersuchen“, fügt Fletcher hinzu. Dieser Wunsch mündete in einem vom Europäischen Forschungsrat(öffnet in neuem Fenster) finanzierten Projekt mit dem Titel NanoX, das im Juni 2025 angelaufen ist. Die Idee hinter diesem Projekt ist es, Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern die Möglichkeit zu geben, die komplexe Umgebung von kranken Organen und Geweben zu visualisieren. „Unser Schwerpunkt in diesem Projekt ist Hepatitis E“, erklärt Fletcher. „Wir wollen versuchen zu verstehen, wo sich das Virus im Körper repliziert, was für die zukünftige Entwicklung antiviraler Behandlungen von entscheidender Bedeutung sein wird.“
