Kalzium ist ein wichtiger Botenstoff in unserem Körper. In Nervenzellen entscheiden Kalziumionen zum Beispiel darüber, ob Signale an andere Nervenzellen weitergegeben werden oder nicht. Ob ein Muskel angespannt oder entspannt ist, hängt ebenfalls von der Menge an Kalzium in den Muskelzellen ab. Das gilt auch für unseren wichtigsten Muskel – dem Herz.
Fehlgesteuerte Prozesse besser verstehen
„Weil Kalzium für essenzielle Organe wie Herz und Gehirn eine so entscheidende Rolle spielt, würde man gerne ‚live‘ und tief im Gewebe beobachten können, wie sich Kalziumkonzentrationen verändern – auch um fehlgesteuerte Prozesse bei Krankheiten besser zu verstehen. Unser neues Sensormolekül ist ein kleiner erster Schritt in diese Richtung.“, sagt Prof. Gil Gregor Westmeyer, Leiter der Studie und Professor für Molekulare Bildgebung an der Technischen Universität München (TUM), sowie Forschungsgruppenleiter am Helmholtz Zentrum München. An den Arbeiten war auch Prof. Thorsten Bach von der TUM Fakultät für Chemie beteiligt. Die Forscher konnten ihr Molekül bereits in Herzgewebe und Gehirnen von lebenden Zebrafischlarven erfolgreich testen.
3D-Bilder aus dem Gewebe
Um den Sensor in lebenden Tieren und später vielleicht auch im Menschen nutzbar zu machen, sind seine Signale mit einem recht neuen, nicht-invasivem bildgebenden Verfahren messbar: der Optoakustik. Diese Bildgebungsmethode beruht auf der für den Menschen ungefährlichen Ultraschalltechnik und kommt ohne radioaktive Strahlung aus. Dabei erwärmen Laserimpulse die absorbierenden Sensormoleküle im Gewebe und dehnen sie kurzzeitig aus, so dass in der Folge Ultraschallsignale erzeugt werden. Diese erfassen die Wissenschaftler dann mit entsprechenden Detektoren und ‚übersetzen‘ sie in dreidimensionale Bilder.
Scharfe Bilder selbst in der Tiefe
Da der Ultraschall der Optoakustik kaum abgelenkt wird, liefert er scharfe Bilder noch in mehreren Zentimetern Tiefe. Gerade für das Gehirn ist das interessant, da bisherige Verfahren nur wenige Millimeter unter die Hirnoberfläche gelangen. Das Ziel der Forscher ist es deshalb, mit dem neuen Sensor tief im Gewebe Kalziumveränderungen zu messen. Erst Ergebnisse bekamen sie bereits aus den Gehirnen von Zebrafischlarven.
Die Wissenschaftler haben das Sensormolekül zudem so entworfen, dass es von lebenden Zellen einfach aufgenommen werden kann. Er ist nicht schädlich für das Gewebe und arbeitet mit einem Farbumschlag. Wenn der Sensor an Kalzium bindet, ändert sich seine Farbe, was wiederum das Licht-induzierte Optoakustiksignal verändert.
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.7b03064
www.tum.de/die-tum/aktuelles/pressemitteilungen/detail/article/34325/
