Polyzystische Nierenerkrankung: Neue krankheitsspezifische Merkmale mittels ACE-Technologie entdeckt

US-Forscher haben eine Methode entwickelt, um die Empfindlichkeit der Massenzytometrie und der Imaging Massenzytometrie (IMC) mithilfe der DNA-Nanotechnologie deutlich zu verbessern.

Es handelt sich um eine Forschungskooperation unter der Leitung des Wyss-Instituts, USA, an der Harvard-Universität, USA, an der auch Forscher des Massachusetts Institute of Technology, USA, und der Universität Toronto, Kanada, beteiligt waren. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Nature Biotechnology“ veröffentlicht.

Durch die Anwendung einer neuen Signalverstärkungstechnologie namens „Amplification by Cyclic Extension“ (ACE) auf DNA-Barcodes, die mit Antikörpern verbunden sind, konnten die Forscher Proteinsignale, die durch antikörpergebundene Metallisotope erzeugt werden, um mehr als das 500-Fache verstärken und gleichzeitig mit hoher Empfindlichkeit mehr als 30 verschiedene Proteine nachweisen. Die neue Methode ermöglichte es ihnen, seltene Proteine quantitativ zu erfassen, komplexe biologische Gewebeveränderungen zu untersuchen und zu erforschen, wie ganze Netzwerke miteinander verbundener Proteine, die die Funktionen von Immunzellen regulieren, auf Stimulation und pathologische Bedingungen reagieren.

„ACE hilft, eine entscheidende Lücke in der zytometrischen Analyse zu schließen: Durch die Verbesserung der Empfindlichkeit der Massenzytometrie ermöglicht es eine Plattform für die Einzelzellanalyse, die gleichzeitig eine hohe Empfindlichkeit, ein hohes Multiplexing und einen hohen Durchsatz erreicht. Die Möglichkeiten, die sich dadurch für die Untersuchung einzelner Zellen in Suspension und intaktem Gewebe mit hochmultiplexen und empfindlichen Ansätzen eröffnen, können ein viel tieferes Verständnis normaler und pathologischer biologischer Prozesse ermöglichen“, kommentiert Prof. Peng Yin, Leiter der Studie.

Identifizierung von Zelltypen und Gewebekompartimenten

Bei Anwendung auf IMC ermöglichte ACE auch die Identifizierung von Zelltypen und Gewebekompartimenten in histologischen Schnitten sowie von Veränderungen in der Gewebeorganisation im Zusammenhang mit der Pathologie der polyzystischen Nierenerkrankung. Die Forscher untersuchten so den Nutzen von ACE auch für die räumliche Analyse von Proteinen in Gewebeschnitten mittels IMC. Nierengewebe ist wegen seiner starken Autofluoreszenz mit der Fluoreszenzmikroskopie und wegen seiner mangelnden Empfindlichkeit mit der herkömmlichen IMC schwer zu analysieren. Die Forscher entwickelten ein Panel von 20 ACE-verstärkten Antikörpern für verschiedene Nierenmarker und untersuchten damit Schnitte der Nierenrinde von einem Patienten mit polyzystischer Nierenerkrankung.

Dieser Ansatz ermöglichte es ihnen, die verschiedenen Zelltypen und ihre Organisation in den proximalen und distalen Tubuli, den Sammelkanälen und den blutfilternden Glomeruli der Niere zu identifizieren. „Wir entdeckten neue krankheitsspezifische Merkmale der Zell- und Gewebeorganisation und stellten fest, dass der Stammzellmarker Nestin, der ebenfalls mit Nierenerkrankungen in Verbindung gebracht wird, in den Glomeruli sehr heterogen exprimiert wurde“, berichtet Co-Autor Prof. Xiao-Kang Lun und ergänzt: „Das könnte bedeuten, dass verschiedene Teile des Gewebes gleichzeitig verschiedene pathologische Stadien durchlaufen.“