Ein spektroskopischer Ansatz ermöglicht die Unterscheidung von Makrophagen ohne Eingriff in ihre natürliche Umgebung

Makrophagen sind unverzichtbare Akteure unseres Immunsystems. Sie erkennen, verschlingen und zerstören Krankheitserreger und sie spielen eine entscheidende Rolle bei der Beseitigung von Zellschäden und der Heilung von Gewebe. Ein junges Forschungsteam am Leibniz-IPHT nutzt die Raman- Spektroskopie, um verschiedene Typen dieser Immunzellen auf nicht-invasive Weise und ohne den Einsatz von Markierungssubstanzen zu differenzieren.

„Wir waren besonders daran interessiert, die intrazellulären Unterschiede zwischen den entzündungsfördernden M1-Makrophagen und den heilungsfördernden M2-Makrophagen besser zu verstehen“, erläutert Max Naumann. „Während die einen Infektionen aktiv bekämpfen, unterstützen die anderen den Heilungsprozess.“ Die spezifische Charakterisierung dieser Zellen kann nicht nur Aufschluss auf Krankheitszustände geben, sondern auch als Indikator für den Verlauf und die Schwere einer Erkrankung dienen. Max Naumann und Natalie Arend haben die Studie gemeinsam mit Prof. Dr. Ute Neugebauer in deren Forschungsabteilung für Klinisch-spektroskopische Diagnostik geplant sowie die Messungen durchgeführt. Max Naumann promoviert am Leibniz-IPHT und dem Center for Sepsis Control and Care am Universitätsklinikum Jena, Natalie Arend hat nach erfolgreichem Abschluss ihrer Promotion inzwischen eine Stelle in der Industrie angetreten.

Licht als Schlüssel zur Zellanalyse

Das Team setzte auf Raman-Spektroskopie, eine Technik, die auf der Streuung von Licht an Molekülen beruht. Diese ermöglicht es, Zellen in ihrem natürlichen Zustand zu untersuchen, ohne sie zu beschädigen. Durch die Analyse von Makrophagen, die aus menschlichen Blutmonozyten gewonnen wurden, identifizierten die Forschenden signifikante Unterschiede in den spektralen Signaturen der verschiedenen Makrophagen-Typen.

Hinweisgeber für Krankheiten

„Die spektralen Signaturen sind entscheidend, um die Zustände der Makrophagen markierungsfrei zu unterscheiden. Sie bieten uns ein neues Verständnis ihrer Rolle bei verschiedenen Krankheitsprozessen“, erklärt Rustam Guliev, Experte für Chemometrie und die Analyse von Hyperspektralbildern. Der Mathematiker und Informatiker ist über das europäische Ausbildungsnetzwerk IMAGE-IN mit einer Marie-Skłodowska-Curie-Förderung der EU von der Russischen Akademie der Wissenschaften in Moskau nach Jena gekommen. Die Nachwuchsforschenden des IMAGE-IN-Netzwerks arbeiten an fortschrittlichen Bildgebungs- und Datenanalysemethoden für die Infektionsforschung.

Vom Labor in die klinische Praxis

Die Studie verdeutlicht, dass die Raman-Bildgebung ein präzises Werkzeug zur schnellen Charakterisierung von Immunzelltypen darstellt. „Unsere Ergebnisse demonstrieren das Potenzial der Raman-Bildgebung als mächtiges Instrument in der Immunzellforschung“, resümiert Ute Neugebauer. Bevor die Methode jedoch in die klinische Praxis integriert werden kann, bedarf es weiterer Forschung, insbesondere hinsichtlich der Anwendung in komplexen Organsystemen und vielleicht später in lebenden Organismen.

Die Verbindung dieser fortschrittlichen spektroskopischen Technik mit biologischem Wissen könnte unser Verständnis des Immunsystems erweitern und die Entwicklung neuer Behandlungsstrategien für eine Vielzahl von Krankheiten, einschließlich entzündlicher Erkrankungen, Autoimmunkrankheiten und Krebs, entscheidend vorantreiben. –

 

Original-Publikation: Naumann, M.; Arend, N.; Guliev, R.R.; Kretzer, C.; Rubio, I.; Werz, O.; Neugebauer, U. Label-Free Characterization of Macrophage Polarization Using Raman Spectroscopy . Int. J. Mol. Sci. 2023, 24,824. https://doi. org/10.3390/ ijms24010824