Neue labelfreie Bildgebung ermöglicht präzise Bewertung der Krebsbehandlung in Einzelzellen

Forschende von Helmholtz Munich und der Technischen Universität München haben eine neue Methode entwickelt, um die Reaktionen auf Krebsbehandlungen in einzelnen Zellen zu verfolgen – ganz ohne Farbstoffe oder Marker.

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.

Fehler erkennen: Wie MiROM fehlgefaltete Proteine in Krebszellen aufspürt

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.

Überwindung der Grenzen bei der Bewertung der Myelomtherapie

Die traditionellen Methoden zur Bewertung der Myelom-Behandlung 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 aufwendige 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.

Ein Werkzeug, viele Einsatzmöglichkeiten

„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.