Krebsdiagnostik per Massenspektrometer

Wer sich einer Sache sicher sein will, der will sie „mit eigenen Augen sehen“, „sich ein Bild machen“ oder sie „in Augenschein nehmen“. Denn: Bilder liefern unmittelbare Erkenntnisse. Das gilt auch für die modernen Lebenswissenschaften. Immer leistungsfähigere Mikroskope gewähren heute detaillierte Einblicke in zentrale Lebensprozesse. Viele grundlegende Entdeckungen verdankt die Wissenschaft den bildgebenden Verfahren. Eine neue vielversprechende analytische Methode in diesem Bereich ist die bildgebende Massenspektrometrie.

An der Friedrich-Schiller-Universität Jena wird dieses Verfahren künftig entscheidend weiterentwickelt: Die Deutsche Forschungsgemeinschaft finanziert jetzt einem fachübergreifenden Konsortium aus dem Institut für Organische Chemie und Makromolekulare Chemie sowie Kliniken und Instituten des Universitätsklinikums unter dem Dach des „Jena Center for Soft Matter“ (JCSM) eine neue Massenspektrometrie-Anlage und einen speziellen Inkjet-Drucker im Wert von über 600.000 Euro. Diese werden ihren Platz im Neubau des Zentrums für Angewandte Forschung der Universität am Max-Wien-Platz finden.

Ziel der Jenaer Wissenschaftler ist es, die bildgebende Massenspektrometrie zur Charakterisierung von Tumorzellen und ihrer Umgebung zu etablieren. „Für ein solches Vorhaben braucht es einen starken interdisziplinären Verbund“, ist Prof. Dr. Ulrich S. Schubert, Direktor des JCSM überzeugt. „Deshalb bündeln wir Jenaer Kompetenzen von der Grundlagenforschung bis hin zur klinischen Anwendung“, unterstreicht Schubert.

Vor allem zwei Krebsarten stehen im Fokus des Wissenschaftlerteams: Tumore im Kopf- und Halsbereich, wie Krebs der Mundhöhle oder des Rachens, und Tumore der Leberzellen. „Zu verschiedenen Tumorarten gibt es am Jenaer Universitätsklinikum umfangreiche Sammlungen von Gewebeproben, an denen wir die Methodik testen und optimieren können“, erläutert Prof. Dr. Ferdinand von Eggeling vom Institut für Humangenetik. So werden an der Klinik für Hals-, Nasen- und Ohrenheilkunde unter der Leitung von Klinikdirektor Prof. Dr. Orlando Guntinas-Lichius seit 2009 im Rahmen von klinischen Studien Gewebeschnitte von Tumoren der Mundhöhle und des Rachenraumes gesammelt und untersucht. An Proben aus verschiedenen Lebertumoren konnte das Team um Prof. Dr. Andreas Stallmach aus der Klinik für Innere Medizin II die bildgebende Massenspektrometrie bereits mit Erfolg testen und aufgrund der Muster sicher zwischen „gutartig“ und „bösartig“ auch bei sehr kleinen Veränderungen unterscheiden.

Für die bildgebende Massenspektrometrie wird das zu untersuchende Gewebe in hauchdünne Scheiben geschnitten und anschließend mit einer Matrix beschichtet. Das Besondere an dem in Jena betriebenen Verfahren ist der Einsatz eines Inkjet-Druckers, der die Matrix zielgerichtet mit hoher Auflösung aufbringen kann. Dabei können verschiedene Matrices (wie unterschiedliche Farben in einem gewöhnlichen Tintenstrahldrucker) exakt platziert werden, die selektiv für verschiedene lebenswichtige Substanzen sind. Im Massenspektrometer trifft dann ein UV-Laser auf die Probe. „Das Matrixmaterial verdampft dadurch schlagartig und reißt die Moleküle aus der Probe mit“, erläutert Dr. Anna Crecelius das Prinzip. „Dabei werden die Molekülbruchstücke ionisiert und in einem elektrischen Feld beschleunigt.“ Je nach Größe und Ladung lassen sich so die einzelnen Bestandteile voneinander trennen, sagt die Chemikerin aus Prof. Schuberts Team, die die Arbeiten am neuen Massenspektrometer betreuen wird.

„Der große Vorteil dieser Technologie ist, dass mit ihr auch bisher unbekannte Strukturen erkannt und abgebildet werden können“, schätzt Prof. von Eggeling ein. Zwar lassen sich auch mit bisher gängigen Verfahren die Zusammensetzung und Verteilung von Eiweißmolekülen in Tumorgeweben darstellen. „Dazu ist es aber notwendig, die Eiweiße, die ich nachweisen will, schon vorher zu kennen“, so von Eggeling. Die Massenspektrometrie sei dagegen ein echtes „Entdeckungswerkzeug“. „Wir erhalten damit Informationen über tausende auch unbekannte Eiweiße mit einer einzigen Messung.“ Daraus lassen sich in Zukunft neue Biomarker für die Diagnostik und Therapie verschiedener Tumore identifizieren, erwartet Prof. von Eggeling. Davon könnten langfristig viele Krebspatienten profitieren.

Kontakt:

Prof. Dr. Ulrich S. Schubert, Dr. Anna Crecelius
Institut für Organische Chemie und Makromolekulare Chemie
Jena Center for Soft Matter (JCSM) der Friedrich-Schiller-Universität Jena
Humboldtstraße 10, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 948200, 03641 / 948238
E-Mail: ,

Prof. Dr. Ferdinand von Eggeling
Institut für Humangenetik des Universitätsklinikums Jena
Leutragraben 3, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 935526
E-Mail:

Prof. Dr. Orlando Guntinas-Lichius
Klinik für Hals-, Nasen- und Ohrenheilkunde, Universitätsklinikum Jena
Lessingstraße 2, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 935127
E-Mail:

Prof. Dr. Andreas Stallmach
Abteilung für Gastroenterologie, Hepatologie und Infektiologie
Klinik für Innere Medizin II, Universitätsklinikum Jena
Erlanger Allee 101, 07747 Jena
Tel.: 03641 / 9324221
E-Mail: