Morbus Fabry: Neue Kombination bildgebender Analyseverfahren

Fragestellungen, die etwa lauten „Wie verteilen sich krankheitsrelevante Moleküle im Gewebe?“ und „Welche Veränderungen treten auf, bevor sie unter dem Mikroskop sichtbar werden?“ sind bei vielen Erkrankungen für eine frühzeitige Diagnose und gezielte Therapie entscheidend. Deshalb suchte ein Forschungsteam neue Möglichkeiten, diese Fragen zu beantworten. Sie kombinierten die Raman-Mikroskopie und AP-MALDI (Atmospheric-Pressure Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization) inklusive der Massenspektrometrie-Bildgebung, AP-MALDI-MSI. Während die Raman-Mikroskopie die chemische Signatur von Molekülklassen und die Struktur des Gewebes in Bereichen bis zu zwei Mikrometern Pixelgröße erfasst, identifiziert und lokalisiert AP-MALDI-MSI einzelne Moleküle mit hoher Genauigkeit (bis zu fünf Mikrometer kleine Pixel). Eine eigens entwickelte Software führte beide Datensätze automatisiert zusammen und ordnete sie demselben Gewebeabschnitt mit mikrometergenauer Präzision zu. Unterschiedliche Biomoleküle werden mit dem neuen Ansatz gleichzeitig sichtbar – samt ihrer räumlichen Anordnung.

Versuchsablauf bei Morbus Fabry

Als ein Anwendungsbeispiel untersuchten die Forschenden das Herzgewebe von Mäusen mit Morbus Fabry. Bei dieser seltenen genetischen Stoffwechselerkrankung werden bestimmte Lipide, die Globotriaosylceramide (Gb3), nicht ausreichend abgebaut. Diese lagern sich im Laufe der Zeit in Organen wie Herz oder Niere ab und schädigen diese lebensbedrohlich. Für die automatisierte Koregistrierung der Herzgewebe-Aufnahmen mittels Raman-Mikroskopie und AP-MALDI-MSI legten die Wissenschaftler/-innen diese pixelgenau übereinander. „Erst die Kombination von Raman-Mikroskopie und bildgebender Massenspektrometrie ermöglicht ein aussagekräftiges Bild der molekularen Vorgänge im Gewebe. Für eine verlässliche diagnostische Einschätzung ist es wichtig zu wissen, wo genau im Gewebe sich Gb3-Moleküle anreichern“, sagte Prof. Dr. Sven Heiles, Leiter der Nachwuchsgruppe Lipidomics am ISAS, einer der korrespondierenden Autoren.

Kartierung von Lipid-Ablagerungen im Herzgewebe

Die molekulare Landkarte zeigte bei der Fabry-Krankheit: Gb3 verteilt sich nicht gleichmäßig im Herzgewebe. Stattdessen bilden unterschiedliche molekulare Varianten von Gb3 kleinste, räumlich klar abgegrenzte Ablagerungen. „Die genetische Ursache der Fabry Krankheit und erhöhte Gb3 Spiegel im Blut sind schon länger bekannt, und typische Zielorgane mit Lipidspeicherung wurden in Studien beschrieben. Aber wie sich die Lipide im menschlichen Gewebe auf zellulärer und subzellulärer Ebene verteilen und welche interindividuelle Heterogenität dabei besteht, war bislang nur unzureichend charakterisiert. Unsere Erkenntnisse könnten künftig dabei helfen, den Krankheitsverlauf besser zu verstehen“, erläuterte Prof. Dr. Kristina Lorenz, Leiterin der Abteilung Translationale Forschung am ISAS und ebenfalls korrespondierende Autorin.

Ansätze für die Diagnostik und Therapie

Als nächster Schritt soll das Verfahren auf Gewebeproben von Patienten und Patientinnen mit der Fabry-Krankheit übertragen werden. Ziel ist es, mithilfe solcher komplementären Verfahren die Krankheitsmechanismen bei einzelnen Morbus-Fabry-Ausprägungen besser zu verstehen, um daraus neue Ansätze für die Diagnostik und Therapie zu entwickeln. Im Fokus stehen außer Morbus Fabry weitere Krankheiten, bei denen sich Moleküle lokal im Gewebe verändern – etwa bei Herz-Kreislauf- oder Stoffwechselerkrankungen.

Literatur:
Dierks J, Brockmann EU, Arias-Loza A-P, et al.: Automatic Coregistration of High-Resolution MALDI-MSI and Raman Imaging Applied to Cardiac Tissue of Fabry Disease Mouse Models. Analytical Chemistry Article ASAP, DOI: 10.1021/acs.analchem.5c07622.

Quelle: idw/ISAS