Bildgebung von entstehendem Narbengewebe

Molekulare Sonde für Magnetresonanzspektroskopie

Bei einer Verletzung können Organe bei der Bildung von neuem Bindegewebe Narben entwickeln. Nun kann dieser Prozess mittels einer Sonde für die Magnetresonanzspektroskopie nichtinvasiv und auf molekularer Ebene beobachtet werden.

Magnetresonanzspektroskopie

Spezielle Sonde für die Magnetresonanzspektroskopie | © Wiley-VCH

Amerikanische Wissenschaftler entwickelten eine für die Magnetresonanzspektroskopie geeignete molekulare Sonde, die spezifisch an der Faserbildung beteiligte Proteine erkennt. Neu gebildete Collagen-Bindegewebsfasern verschließen bei der normalen Wundheilung die Wunde und werden durch normales Gewebe ersetzt. Es kann jedoch passieren, dass bei großflächigen oder wiederholten Verletzungen dieser Vorgang nicht zu Ende geführt wird. Ist dies der Fall, bleiben Narben zurück, die für die Organe einen Funktionsverlust oder sogar vollständiges Versagen bedeuten können.

Außerhalb der Zellen akkumuliert das Collagen zunächst auf molekularer Ebene, bevor die Fasern vor allem durch Quervernetzung versteift und verdichtet werden. Um diese Vorgänge der Fibrogenese nichtinvasiv beobachten und nachverfolgen zu können, untersuchen Peter Caravan und Kollegen vom Massachusetts General Hospital und der Harvard Medical School in den USA molekulare Sonden, die spezifische, an diesem Prozess beteiligte Proteine erkennen können. Heraus kam ein funktionalisiertes Gadolinium-Chelat als Sonde für die Bildgebung durch Magnetresonanzspektroskopie (MRS).

Mit grünem Laserlicht beleuchteter Diamant

Moleküle verraten sich durch ihren magnetischen Fingerabdruck. Einem Team um Prof. Jörg Wrachtrup von der Universität Stuttgart gelang es nun, mit Hilfe eines atomaren Quantensensors aus Diamant molekulare Signaturen mit einer billionenfach verbesserten Empfindlichkeit zu detektieren.

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Gadolinium-Chelat bezeichnet das chemische Element Gadolinium „verpackt“ in ein organisches Molekül. Es bindet Allysin, eine Aminosäure, die die Vernetzung von Collagen anzeigt. „Bei der aktiven Fibrogenese bildet sich ein aktiver Allysin-Pool, aber schreitet die Krankheit nicht weiter fort oder wird sie therapiert, vernetzen die Allysineinheiten“, erläutern die Autoren. Die Sonde kann über die extra eingeführte Oxyamingruppe stabile Oximbrücken mit Allysin bilden – daher der Name Gadolinium-Oxyamin (GdOA). Durch diese separate Sonde erwarteten die Autoren eine erhebliche Signalverstärkung.

Die Testergebnisse zeigten, dass die Sonde voll und ganz den Anforderungen für die MRS-Technik entspricht. Sie ist stabil, wasserlöslich, zeigt eine sehr gute pharmazeutische Aufnahme und wird über die Niere ausgeschieden. Weiterhin reagiert sie selektiv mit der Zielkomponente, sowohl im Reagenzglas als auch im lebenden Organismus. Die Wissenschaftler wiesen die Menge an fibrösem Gewebe bei einer induzierten Lungenfibrose in Mäusen nichtinvasiv durch MRS nach. Sie zeigten auch, dass bei mit einem Wirkstoff behandelten Mäusen die fortschreitende Fibrose unterdrückt werden konnte. Hier untersuchten sie Lungenfibrose, aber die Fibrogenese betrifft viele chronische Leiden der inneren Organe und auch verschiedene Krebsarten.

 

Literatur:

Waghorn, Dr. Philipp A, et. al.: Molecular Magnetic Resonance Imaging of Lung Fibrogenesis with an Oxyamine-Based Probe. 13 July 2017, Angewandte Chemie (Nr.33/2017), DOI: 10.1002/ange.201704773.