Wissenschaftler haben eine neue Methode entwickelt, um Stoffwechselprofile einzelner Zellen zu erstellen. Mit dem Verfahren können Stoffwechselprodukte besser analysiert werden. Dies gibt Aufschluss über mögliche Erkrankungen.
Die Stoffwechselprodukte einzelner Zellen, die sogenannten Metabolite, übernehmen eine zentrale Funktion als Signalmoleküle und halten das gesunde Gleichgewicht des Körpers aufrecht. „Metabolite modulieren die Epigenetik, sie regulieren das Immunsystem, steuern Entzündungen und sind dadurch auch an der Krebsentstehung beteiligt“, sagt Mathias Heikenwälder vom Deutschen Krebsforschungszentrum. Die Analyse von Metabolit-Profilen ist daher in den Fokus biomedizinischer Forschung gerückt.
Oftmals weisen einzelne Zellen kein einheitliches Metabolit-Profil auf, sondern produzieren ein breites Spektrum verschiedener Stoffwechselprodukte. Das individuelle Metaboliten-Profil einer Zelle hängt auch von ihrer Lokalisation innerhalb des Organs ab. Um den Zustand eines Organs oder eines Gewebes zu beurteilen, ist es daher nötig, das metabolische Profil einer Vielzahl einzelner Zellen zu beurteilen und gleichzeitig ihre Lokalisation innerhalb des Gewebeverbunds zu dokumentieren.
Heidelberger Forscher haben daher ein innovatives Verfahren entwickelt, um diese Analysen in großer Menge an allen Zellen durchführen zu können, die auf Oberflächen wachsen können. Grundlage des sogenannten SpaceM-Verfahrens ist die Kombination von fluoreszenzmikroskopischen Aufnahmen und einer speziellen Massenspektrometrie. Damit können pro Stunde über 100 Metabolite von mehr als tausend individuellen Zellen bestimmt werden.
Um die neue Methode zu validieren, untersuchte das Team eine Population menschlicher Leberzellen, die sie mit Fettsäuren stimulierten. Mit SpaceM erstellten sie dazu Metabolit-Profile von fast 30.000 Einzelzellen. Ein Viertel der Zellen wies ein distinkt verändertes Lipid-Profil auf, das eindeutig auf eine entzündliche Veränderung hinwies. Wurden diese Zellen weiterhin mit dem entzündungsfördernden Botenstoff IL-17A stimuliert, so schaltete fast die ganze Population auf den entzündlichen Phänotyp um. Genau diese Abfolge von Veränderungen konnten die Wissenschaftler mit Standard-Messmethoden bei der Entstehung einer entzündlichen Lebererkrankung bei Mäusen bestätigen.
„SpaceM bietet neuartige Möglichkeiten für die Analyse metabolischer Profile auf Einzelzellebenen und in räumlicher Auflösung. Dabei ist die Methode kosteneffizient und kann bereits bestehende Instrumente nutzen“, sagt Theodore Alexandrov vom EMBL. „Wir erwarten, dass die Methode und die Open Source Algorithmen weltweit Verbreitung finden und dabei helfen, eine Vielzahl von drängenden biomedizinischen Fragestellungen zu beantworten.“
Dieser Text basiert auf einer Pressemitteilung des Deutschen Krebsforschungszentrums. Die Originalpublikation findet ihr hier.
Bildquelle: Ben Sweet, unsplash.