Röntgenphysik macht frühe Krankheitsprozesse im Gewebe sichtbar

Die extrazelluläre Matrix, also das feine Netzwerk zwischen den Zellen, das Gewebe stabilisiert und wichtige Signale an Zellen weitergibt, verändert sich bei vielen entzündlichen Erkrankungen und bei Krebs bereits in frühen Krankheitsstadien. Diese Veränderungen besser sichtbar zu machen, könnte langfristig helfen, Krankheiten früher zu erkennen und Therapien gezielter zu unterstützen. Der Forschungsbereich wurde zum 1. Juli 2018 an der Charité – Universitätsmedizin Berlin eingerichtet. Beteiligt sind neben der Charité unter anderem die Freie Universität Berlin, die Technische Universität (TU) Berlin, das Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung, die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, die Physikalisch-Technische Bundesanstalt sowie die Technische Universität München mit dem Klinikum rechts der Isar. 

Förderung für weitere vier Jahre

Aktuell wird „Matrix in Vision“ für weitere vier Jahre gefördert. Dabei nimmt das TU-Teilprojekt „Röntgenmikroskopie und Spektroskopie zur Speziation der chemischen Umgebung von Metall basierten Bildgebungssonden“ unter der Leitung von Prof. Dr. Birgit Kanngießer, eine wichtige Rolle ein. Kanngießer, die Leiterin des Fachgebiets Experimentalphysik mit dem Schwerpunkt Analytische Röntgenphysik, entwickelt dabei neue Röntgenverfahren, mit denen krankhafte Veränderungen in menschlichen Zellen und Geweben besonders hochauflösend untersucht werden können. So bringt die TU Berlin in den Verbund ihre Expertise in der analytischen Röntgenphysik ein. Nachdem in den ersten Förderphasen vor allem Tier- und Zellmodelle untersucht wurden, rückt nun die Analyse menschlicher Gewebe und Zellen stärker in den Fokus. Dafür werden unter anderem die Probenvorbereitung und die Bildgebung weiterentwickelt.

Verschiedene Mikroskopieverfahren in Kombination

Ein Schwerpunkt liegt auf der Kombination verschiedener Mikroskopieverfahren. Die Forschenden verbinden Röntgenmikroskopie mit Fluoreszenzmikroskopie, um Strukturen der extrazellulären Matrix genauer zuzuordnen und bis in den Nanometerbereich aufzulösen. Ein Nanometer entspricht einem Millionstel Millimeter. Untersuchungen an Synchrotronanlagen – besonders leistungsstarken Röntgenquellen – werden dafür auch mit einem mobilen hochauflösenden Nanoskop durchgeführt und mit Untersuchungen des Labor-Röntgenmikroskops kombiniert.

Dreidimensionale Einblicke in Zellen und ihre Umgebung

Zugleich arbeitet das Team daran, die Röntgenmikroskopie im weichen Röntgenbereich auch im Labor weiterzuentwickeln. Sie soll künftig dreidimensionale Einblicke in Zellen und ihre Umgebung ermöglichen, ohne dass für jede Untersuchung Großforschungsanlagen wie Synchrotrons genutzt werden müssen. Ergänzend werden Verfahren der automatisierten Datenverarbeitung und des maschinellen Lernens eingesetzt. Sie sollen helfen, große Bilddatensätze auszuwerten, Zellbestandteile besser zu erkennen und Veränderungen der extrazellulären Matrix präziser zu erfassen.

Langfristig soll eine Datenbank mit aufeinander abgestimmten Bilddaten entstehen. Sie führt Informationen aus verschiedenen Messmethoden zusammen und soll dazu beitragen, krankhafte Veränderungen im Gewebe besser zu verstehen.

Quelle: idw/TU Berlin