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Winzige Fische unter riesiger Kamera
Mittels Mikrotomografie im Phasenkontrastmodus gelangen Forschern der Universität Basel hoch aufgelöste, dreidimensionale Aufnahmen von Zebrafisch-Embryos, in denen die Verteilung von Nanopartikeln (rot) sichtbar wird. Ebenfalls rot und gut zu erkennen aufgrund der hohen Dichte sind die Augenlinse und die Otolithen im Innenohr, also Kalksteinchen des Gleichgewichtsorgans (Bild: Universität Basel, Jan Bolten)
Metallische Nanopartikel sind vielversprechende Werkzeuge der Medizin – als Kontrastmittel, Wirkstoff-Transporteure oder zur Abtötung von Tumorzellen durch Wärme. Wie sie sich im Organismus verteilen, liess sich bisher kaum untersuchen. Forschern der Universität Basel sind nun mit einem 3D-bildgebenden Verfahren hoch aufgelöste Aufnahmen in Zebrafisch-Embryos gelungen.
Um die Wirksamkeit und Sicherheit metallischer Nanopartikel für medizinische Anwendungen zu bestimmen, müssen Entwickler untersuchen, wie sich die Partikel im lebenden Organismus verteilen und wo sie sich anreichern. Bisher mussten die Partikel dafür mit radioaktiven oder fluoreszierenden Molekülen markiert werden, was aber ihre Verteilung im Organismus beeinflussen kann. Oder es war eine so hohe Dosis an Partikeln nötig, dass dies ebenfalls die Ergebnisse verfälschte.
Forschende um Prof. Dr. Jörg Huwyler und Prof. Dr. Bert Müller von der Universität Basel berichteten kürzlich im Fachblatt «Small» von einem Ansatz, der diese Probleme umgeht: Sie nutzten ein spezielles bildgebendes Verfahren, nämlich Mikrotomografie im Phasenkontrastmodus auf Basis von Synchrotron-Röntgenstrahlung, um die Verteilung von Nanopartikeln – ohne spezielle Markierung – in Zebrafisch-Embryos zu untersuchen.
Riesige Kamera, 138 Meter im Durchmesser
Embryos von Zebrafischen eignen sich für toxikologische Studien dieser Art besonders gut, da ihr Körper durchsichtig ist und sie ein dem Menschen ähnliches Immunsystem haben. Obwohl die Tiere nur knapp drei Millimeter lang sind, erkennt man auf den dreidimensionalen Aufnahmen jede Zelle im Körper sowie die Verteilung der injizierten Nanopartikel.
Die Forschenden nutzten für die Aufnahmen die Synchrotron-Lichtquelle am Paul Scherrer Institut. «Dies ist die grösstmögliche Kamera der Schweiz für diese winzigen Lebewesen», kommentierte Huwyler. «Die verschiedenen Organe und sogar der Sehnerv werden durch den Phasenkontrast sichtbar», ergänzte Müller.
Die in der Studie verwendeten magnetischen Eisenoxid-Nanopartikel lassen Gewebeunterschiede in der Magnetresonanztomografie deutlicher hervortreten. Sie könnten künftig auch zum Einsatz kommen, um Wirkstoffe, von äusseren Magnetfeldern gelenkt, an den gewünschten Einsatzort im Körper zu bringen.
Die Nanopartikel bestehen aus einem metallischen Kern und können mit je nach Anwendung gestalteten Aussenhüllen versehen werden. Mit dem nun vorgestellten Verfahren lässt sich einfacher untersuchen, wie sich Partikel mit unterschiedlich gestalteter Aussenhülle im Organismus verhalten.
Originalbeitrag
Emre Cörek, Griffin Rodgers, Stefan Siegrist, Tomaz Einfalt, Pascal Detampel, Christian M. Schlepütz, Sandro Sieber, Pascal Fluder, Georg Schulz, Harald Unterweger, Christoph Alexiou, Bert Müller, Maxim Puchkov, and Jörg Huwyler
Shedding Light on Metal-Based Nanoparticles in Zebrafish by Computed Tomography with Micrometer Resolution
Small (2020), doi: 10.1002/smll.202000746
Weitere Informationen und Bilder finden sich hier
Weitere Auskünfte
Prof. Dr. Jörg Huwyler, Universität Basel, Departement Pharmazeutische Wissenschaften, Tel. +41 61 207 15 13, E-Mail: joerg.huwyler@clutterunibas.ch
Prof. Dr. Bert Müller, Universität Basel, Biomaterials Science Center, Tel. +41 61 207 54 30, E-Mail: bert.mueller@clutterunibas.ch