Die Heterogenität von Tumoren erschwert oft die Diagnose und Therapie einer Krebserkrankung. Jetzt haben Forscher gezielt Purpurbakterien zur Markierung von Makrophagen eingesetzt. Ort und Aktivität der Fresszellen können so sichtbar gemacht und Effekte von Therapien besser erkannt werden.
Ein Forscherteam des Helmholtz Zentrums München, des Forschungszentrums Jülich, der Technischen Universität München sowie der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, machte sich die Purpurbakterien Rhodobacter in der Krebsforschung zunutze. Sie nutzten die Mikroorganismen, um Fresszellen, die bei der Tumorentwicklung eine Rolle spielen, mit optoakustischen Methoden sichtbar zu machen. Das berichteten die Wissenschaftler in Nature Communications.
Anwesenheit und Aktivität von Makrophagen anzeigen
Zahlreiche Krebserkrankungen führen zu soliden, festen Tumoren. In ihrem Inneren weisen diese Tumoren große Unterschiede auf zellulärer und molekularbiologischer Ebene auf. Eine Komponente dafür ist die Lokalisation und Aktivität von Makrophagen. Obgleich diese Zellen essentiell für ein gesundes Immunsystems sind, spielen sie auch eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung von Tumoren. Mithilfe photosynthetischer Bakterien konnten nun neue optoakustische Methoden entwickelt werden, die aufzeigen, wo solche Fresszellen anwesend und aktiv sind.
„Wir konnten zeigen, dass sich die für den Menschen harmlosen Bakterien der Gattung Rhodobacter indirekt als Marker für die Präsenz und Aktivität von Makrophagen eignen“, sagt Dr. Andre C. Stiel, Leiter der Arbeitsgruppe Cell Engineering vom Institut für Biologische und Medizinische Bildgebung (IBMI) des Helmholtz Zentrums München.
Aufnahme der Bakterien während Phagozytose
Rhodobacter erzeugen in großen Mengen das Pigment Bacteriochlorophyll a für ihre Photosynthese. Dieser Farbstoff ermöglicht den Forschenden, die Bakterien im Tumor mit der multispektralen optoakustischen Tomographie (MSOT) aufzuspüren.
Wie funktioniert das Prinzip? Makrophagen nehmen im Zuge der Phagozytose die Bakterien auf. Dadurch ändert sich die Umgebung der Bakterien, deren Absorption von elektromagnetischer Strahlung und damit auch das optoakustische Signal. Rhodobacter fungieren als Sensoren: Sie geben Hinweise auf die Anwesenheit und Aktivität von Fresszellen.
Ausblick: Therapien im Detail erforschen
„In weiteren Schritten können solche Bakterien Ansätze für nicht-invasive Technologien und somit völlig neue Wege für innovative Diagnose- und Therapieverfahren eröffnen“, sagt Dr. Thomas Drepper, Leiter der Arbeitsgruppe Bacterial Photobiotechnology der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf. So könnten in Zukunft Bakterien sowohl die Lage von Tumoren anzeigen, als auch eine erhöhte Aktivität von Makrophagen aufdecken. Das kann, je nach Situation, Hinweise auf unerwünschte Entzündungen oder auf das erwünschte Ansprechen immunologischer Therapien geben. So kann auch der Effekt von Therapien im Detail erforscht werden.
Quelle: Pressemitteilung des Helmholtz Zentrums München
Bildquelle: Manos Gkikas, Unsplash