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Neues Verfahren zur optischen Tumorbildgebung

08.06.2012

In enger Zusammenarbeit mit der Charité und der Freien Universität wurde ein neuartiges Konzept für das Gebiet der zellulären und molekularen Metrologie entwickelt und untersucht, das eventuell die Verwendung komplexer Sonden ersetzen kann. Das dabei verwendete System ist in der Lage die Fluoreszenzemission des endogenen Fluorophors Protoporphyrin IX (PpIX), der sich selektiv im Krebsgewebe anreichert, mit Hilfe von kurzen RNA-Doppelsträngen (siRNA, short interfering RNA) zu verstärken. Der Transport der siRNA in die Tumorzellen wurde durch Folat-PEG kationische Lipoplexe sowie durch dendritische polyglycerolamine Nanopartikel als Trägersysteme vermittelt. Wir konnten durch den empfindlichen Nachweis der Anreicherung des endogenen Fluorophors, die nur durch das Abschalten des zellulären Enzyms Ferochelatase (FECH) erreicht wird,  zeigen, dass beide Trägersysteme einen Nachweis von Tumorzellen in Nacktmäusen ermöglichen. Wegen der Tatsache, dass fast alle Zellen zur Hämsynthese und damit zur Bildung von PpIX fähig sind, ergeben sich zahlreiche Anwendungen für siRNA-FECH und damit ein allgemeiner Ansatz für die quantitative molekulare Bildgebung.

Diese Methode eröffnet einen neuen Weg zur Behandlung von Tumoren und gleichzeitig zur Kontrolle des Transports von siRNA in Zellen nativen Gewebes. Voraussetzung für den Einsatz der Methode ist der quantitative Nachweis der PpIX Konzentration in Zellen und Gewebeproben. Da die Abklingzeit des PpIX (16 ns) deutlich länger ist, als die anderer Fluorophore im Gewebe wird durch eine gepulste Anregung und einen zeitlich selektiven Nachweis mit Hilfe intensivierter Kameras eine deutliche Unterdrückung des Fluoreszenzuntergrundes erreicht.

Erst vor 14 Jahren wurde die Eigenschaft doppelsträngiger RNA entdeckt, die Genexpression zu hemmen. Dieser als RNA Interferenz bezeichnete Mechanismus ist ein neuer, viel versprechender Ansatz der schnell an Bedeutung gewinnt, insbesondere als Hilfsmittel in der biologischen und biomedizinischen Forschung. Langkettige doppelsträngige RNA führt in Säugetierzellen zu keiner sequenzspezifischen Wirkung. Kurze RNA Stränge (siRNA) die ca. 21-23 Basenpaare lang sind und einen Basenüberhang am 3'-Ende aufweisen, wobei das 5'-Ende phosphoryliert werden muss, können in Zellen Gene abschalten (gene silencing). RNA Interferenz hemmt auf sequenzspezifische Weise die Ablesung eines Gens. Obwohl RNA-abbauende Enzyme ubiquitär sind, ist die siRNA ausreichend stabil, um in Zellkulturexperimenten das Abschalten von Genen zu ermöglichen. Offensichtlich ist die Doppelstrangstruktur für die erhöhte enzymatische Resistenz verantwortlich. Für den Einsatz als Sonde und für eine therapeutische Anwendung müssen jedoch noch einige Hürden überwunden werden. Im Gegensatz zu Zellkulturen ist siRNA in Organismen wegen der mangelnden Stabilität und der Unfähigkeit, Zellmembranen zu überwinden, unwirksam.

Diese interdisziplinären Untersuchungen wurden durch Mittel der Wilhelm Sander-Stiftung  gefördert. Die bei der Zeitschrift Nanomedicine eingereichten Ergebnisse wurden als Feature-Artikel für die Ausgabe Mai 2012 ausgewählt. Das ist ein großer Erfolg, da nur Artikel mit einem hohen zu erwartenden Impact dafür in Frage kommen.

K Wan, B Ebert, J Voigt, Q Wang, Y Dai, R Haag, W Kemmner, In vivo tumor imaging using a novel RNAi-based detection mechanism, (2012) Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine, 8 (4), 393-39

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