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Glanzlichter biomedizinischer Forschung - Januar 2015

Laser ablation inductively-coupled plasma mass spectrometry: An emerging technology for detecting rare cells in tissue sections

In der experimentellen Immunologie ist die Gabe regulatorischer oder suppressiver Zellpopulationen an nicht-tolerante Empfänger ein bekanntes Verfahren, um Toleranz zu erzeugen. In einer zukünftigen klinischen Anwendung könnte ein breites Spektrum immunologischer Störungen wie beispielsweise T-Zell-vermittelte Autoimmunerkrankungen, chronisch-entzündliche Erkrankungen, Graft-versus-host-Krankheit oder Abstoßungsreaktionen nach Organtransplantation, mit zellbasierten immunregulatorischen Therapien behandelt werden. Diese Therapien könnten den Einsatz konventioneller Immunsuppressiva verringern oder gänzlich überflüssig machen. Dadurch würden Patienten die damit verbundenen Komplikationen erspart bleiben. Ein weiterer Vorteil dieser Therapie wäre, dass eine einmal im Patienten erzeugte Toleranz dauerhaft erhalten bleibt.

Bevor aber neue Wirkstoffe beim Menschen angewendet werden können, müssen Wirksamkeit und Sicherheit geklärt werden. Bestimmende Faktoren der biologischen Wirkung und der Sicherheit eines therapeutischen Zellprodukts sind dessen Verteilung, Fortbestand und Abbauverhalten im Körper des Empfängers. Üblicherweise werden pharmakokinetische Untersuchungen am Menschen im Rahmen des frühen klinischen pharmakologischen Entwicklungsprozesses durchgeführt. Für zellbasierte Medizinprodukte wie beispielsweise regulatorische Makrophagen (Mregs) existieren aktuell keine adäquaten Methoden, um die verabreichten Zellen zuverlässig über Tage und Wochen nachweisen zu können (Zell-Tracking).  Dazu müssen die Zellen spezifisch und dauerhaft markiert sein. Radioisotope, stabile Isotope (z.B. Deuterium), NMR-Marker, Nanopartikel oder lumineszierende Farbstoffe sind bekannte Marker, die jedoch aufgrund von Nachweisempfindlichkeit, geringer Spezifität des Signals oder Unbeständigkeit und Toxizität der Marker wenig geeignet sind. Insbesondere besitzt keine der momentan verfügbaren Zell-Tracking-Technologien die Fähigkeit, einzelne Zellen nachzuweisen und ihr Mikromilieu genau zu bestimmen.


Ziel einer internationalen Wissenschaftlergruppe war es, eine neue Methode zur Zellmarkierung und zum Zellnachweis zu entwickeln, die zuverlässig und mit einer geringen falsch-positiven Erkennungsrate Zellen mit sehr niedrigem Vorkommen im Gewebe (evtl. bis zu 1 in 107 Zellen) messen kann. Diesem Forscherteam gehört auch die Arbeitsgruppe von Dr. James Hutchinson von der Klinik und Poliklinik für Chirurgie des Universitätsklinikums Regensburg (Direktor: Professor Dr. Hans Jürgen Schlitt) an.


Die „Laser ablation inductively-coupled plasma mass spectrometry“ (LA-ICP-MS) ist ursprünglich eine Analysemethode aus dem Bereich der Erd- und Materialwissenschaften. Bei der LA-ICP-MS werden kleine Teile der Probe mit Hilfe eines gebündelten Laserimpulses verdampft. Die Elementarzusammensetzung dieses vaporisierten Materials wird in der Folge massenspektrometrisch analysiert. Indem man benachbarte Einzelproben quer über das gesamte Gewebe hinweg untersucht, kann die Verteilung einzelner Elemente in einer komplexen Probe dargestellt werden. Die Arbeitsgruppe von Dr. Hutchinson hat im Rahmen der ONE Study gezeigt, dass LA-ICP-MS auch bei der Identifizierung von Zellen, die in geringer Anzahl im Gewebe vorkommen, eingesetzt werden kann. Mittels LA-ICP-MS ließen sich goldmarkierte regulatorische Makrophagen im Gewebe mit hoher Spezifität und Sensitivität nachweisen und deren Mikromilieu darstellen. Die ausgezeichnete Spezifität ist auf das hohe Signal-zu-Untergrund-Verhältnis bei Verwendung von seltenen Erdmetallen oder biologisch inaktiven Nanopartikeln als Marker zurückzuführen. Der Ansatz der Wissenschaftler, Laserablation und ICP-MS basiertes Nachweisverfahren zu koppeln, verbindet den Nachweis spezifischer Antigene mit einer räumlichen Auflösung. Diese ermöglicht eine präzise, spezifische und sensitive Darstellung der Verteilung von Mreg-Zellen im Gewebe.

Schlussfolgernd ist festzustellen, dass die neue Technologie der Gewebedarstellung mittels LA-ICP-MS das Potential zu einer leistungsstarken Analysemethode in der Biologie und Medizin besitzt. 

Publikation 

Laser ablation-inductively coupled plasma mass spectrometry: an emerging technology for detecting rare cells in tissue sections
Amy J. Managh, Robert W. Hutchinson, Paloma Riquelme, Christiane Broichhausen, Anja K. Wege, Uwe Ritter, Norbert Ahrens, Gudrun E. Koehl, Lisa Walter, Christian Florian, Hans J. Schlitt, Helen J. Reid, Edward K. Geissler, Barry L. Sharp, James A. Hutchinson
The Journal of Immunology, September 2014, 193/5, 2600-2608.  

 

 

    Kontaktdaten
Dr. James Hutchinson Dr. James Hutchinson
Klinik und Poliklinik für Chirurgie
> Curriculum vitae
Telefon: 0941 944-6831
E-Mail: james.hutchinson@ukr.de

 

 

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Letzte Aktualisierung: 02.03.2015 | Online-Redaktion
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