Forschende am Leibniz-IPHT und am Universitätsklinikum Jena untersuchen mit Licht, wie Immunzellen der Lunge auf SARS-CoV-2 reagieren.

Wie reagiert die Lunge auf eine Infektion mit dem Coronavirus? Im Rahmen des Leibniz-Zentrums für Photonik in der Infektionsforschung geht ein Team dieser Frage mit Raman-Spektroskopie nach. Das lichtbasierte Verfahren macht biochemische Veränderungen einzelner Immunzellen sichtbar – ohne Marker und direkt im Gewebe.

Wenn SARS-CoV-2 in die Lunge eindringt, gehören alveoläre Makrophagen zu den ersten Abwehrzellen des Immunsystems. Sie sitzen in den Lungenbläschen, erkennen Krankheitserreger, beseitigen Zellreste und steuern Entzündungsprozesse. Welche biochemischen Veränderungen dabei in den Zellen ablaufen, ist bislang nur teilweise verstanden. Daran forscht Max Naumann, Doktorand in der Forschungsabteilung Klinisch-Spektroskopische Diagnostik am Leibniz-IPHT, in enger Zusammenarbeit mit der Forschungsgruppe von PD Dr. Stefanie Deinhardt-Emmer in der Medizinischen Mikrobiologie am Universitätsklinikum Jena.

Das Team untersucht Restproben menschlichen Lungengewebes, das bei der Transplantation einer „gesunden“ Lunge entnommen und in wenige hundert Mikrometer dünne Schnitte präpariert wurde. In diesen ex-vivo-Lungenschnitten bleiben sowohl die feine Architektur der Lunge als auch das Zusammenspiel verschiedener Zelltypen erhalten. So lassen sich Immunreaktionen in einem kontrollierten Experiment untersuchen, ohne das komplexe Gewebe aus seinem biologischen Zusammenhang zu lösen.

Die zentrale Technologie ist die Raman-Spektroskopie. Dabei wird Laserlicht auf einzelne Immunzellen gerichtet. Ein kleiner Teil des Lichts wird abhängig von der chemischen Zusammensetzung der Zelle verändert zurückgestreut. Aus diesen Signalen entsteht ein Spektrum, ein chemischer Fingerabdruck, der Auskunft über Moleküle wie RNA, Fette, Proteine oder Zucker gibt. Der Vorteil: Die Methode kommt ohne Färbungen oder Marker aus und verändert die Zellen nicht. Die Analysen zeigen deutliche Unterschiede zwischen Makrophagen aus infiziertem und nicht infiziertem Lungengewebe.

In infizierten Proben verändern sich unter anderem der RNA-Gehalt sowie der Zucker- und Fettstoffwechsel der Zellen. Diese Muster deuten auf einen aktivierten, entzündlichen Zustand hin. Mithilfe statistischer Auswertungen lassen sich die Zellen beider Zustände zuverlässig voneinander unterscheiden. Die Arbeit zeigt, wie photonische Methoden genutzt werden können, um Immunreaktionen in der Lunge genauer zu analysieren und liefert damit eine methodische Grundlage für weiterführende diagnostische Forschung.

 

Original-Publikation: Naumann M, Hornung F, Eiserloh S, et al. Investigating alveolar macrophages in an human ex vivo precision-cut lung slice model of SARS-CoV-2 infection using Raman spectroscopy—A case study. Clin Transl Med. 2025; 15:e70453. https://doi.org/10.1002/ ctm2.70453