Molekül lässt neues Gewebe unter dem Mikroskop leuchten

ETH-Forschende haben eine Art Leuchtstift für Tumore entwickelt: ein Molekül, welches unter dem Mikroskop durch Fluoreszieren anzeigt, wo sich im Körper neues Gewebe bildet. Das hilft bei der Lokalisierung von Tumoren und bei der Analyse von Wundheilungsstörungen.

Fluoreszenzmikroskopiebild vom Tumorrand: Der Tumorrand ist mit dem neuen Marker-Molekül blau gefärbt, oben links davon ist Tumorgewebe. Grün: Kollagen, rot: Zellkerne (ETH Zürich). - sda - Matthew Aronoff

Das Wichtigste in Kürze

Beim Wachstum von Geschwüren und bei der Wundheilung kommt es zur verstärkten Kollagenbildung.

Für diesen Prozess ist ein Enzym namens LOX nötig. Forschende am Laboratorium für Organische Chemie der ETH Zürich haben ein Sensormolekül entwickelt, das zu fluoreszieren beginnt, sobald es mit dem Enzym LOX reagiert hat. Das Sensormolekül ist also ein Marker für LOX-Aktivität.

Dieses Molekül verknüpfte das Team von Professorin Helma Wennemers anschliessend mit einem kurzen fadenförmigen Peptid, welches Kollagen ähnlich ist. Dieses Peptid statteten sie mit einer sogenannten reaktiven Gruppe aus, die ausschliesslich mit oxidiertem Kollagen reagiert. Das Peptid lokalisiert gleichsam die Andockstelle, wo das Sensormolekül leuchtet, sobald sich etwas tut.

Dieser biologische Leuchtmarker funktionierte sowohl nach der Injektion in lebende Mäuse wie in der Petrischale mit menschlichem Gewebe.

Weil beim Wachstum von Tumoren neues Gewebe vor allem an den Tumorrändern gebildet wird, kann das neue Molekül dazu verwendet werden, um etwa bei Untersuchungen von Biopsien die Ränder des Tumors sichtbar zu machen. «Eine unserer Visionen ist, dass Chirurginnen und Chirurgen dieses Molekül dereinst direkt auf dem Operationstisch während der Entfernung eines Tumors verwenden können», sagt Wennemers. Das Molekül würde den Chirurgen den Tumorrand anzeigen und helfen, den Tumor vollständig zu «erwischen».

Weitere mögliche Anwendungen des neuen Marker-Moleküls betreffen die Wundheilung, etwa die Erforschung der Gewebebildung grundsätzlich oder von Heilungsstörungen bei Diabetes und anderen Krankheiten.

Die Wissenschaftler haben für das System ein Patent eingereicht. Derzeit loten sie verschiedene Möglichkeiten aus, wie es zur Marktreife gebracht beziehungsweise für zusätzliche Anwendungen weiterentwickelt werden kann.

Für diese Forschungsarbeit, die nun erstmals in einer Fachzeitschrift veröffentlicht wurde, wurden die Forschenden im vergangenen Jahr mit dem Spark-Award der ETH Zürich ausgezeichnet.

*Fachpublikationsnummer DOI: 10.1038/s41589-021-00830-6

Video: https://youtu.be/fKmNR7XpWtk