3D-Methode zeigt Nanopartikel in der Lunge

Mithilfe der neuen Technik soll sich zum Beispiel der Therapieerfolg von inhalierten Wirkstoffen erfassen lassen. (Foto: Helmholtz Zentrum München)

Eine neue Bildgebungsmethode haben jetzt Wissenschaftler am Helmholtz Zentrum München vorgestellt. Mithilfe der 3D-Technik ist es erstmals möglich, die Verteilung von Nanopartikeln in murinen Lungen als Ganzes darzustellen und zu vermessen. Die neue Methode könnte beispielsweise dazu dienen, den Therapieerfolg von inhalierten Wirkstoffen zu erfassen.

Nanopartikel sind so winzig, dass sie bis in entlegene Körperregionen vordringen können. Derzeit werden sie vor allem mit gesundheitsschädlichen Eigenschaften in Verbindung gebracht. Es ist aber auch möglich, bestimmte Partikel therapeutisch zu nutzen, zum Beispiel als Inhalationsmedikamente. Dr. Otmar Schmid, Arbeitsgruppenleiter am Institut für Lungenbiologie des Helmholtz Zentrums und sein Team haben nun eine neue Methode entwickelt. Damit soll sich der Erfolg solcher Therapien deutlich vollständiger untersuchen lassen als es zuvor möglich war.

„Bei präklinischen Tests musste die Lunge bis dato segmentweise – also Gewebeschnitt für Gewebeschnitt – unter dem Mikroskop untersucht werden“, erklärt Studienleiter Otmar Schmid. „Das ist sehr zeitaufwendig, erfasst nicht die gesamte Lunge und ist in mancher Hinsicht auch nicht quantitativ.“ Das sogenannte Tissue Clearing, eine Methode, bei der ganze Organe durch chemische Prozesse durchsichtig gemacht werden können, ist erfolgreicher. Denn dadurch lässt sich das Gewebe Schicht für Schicht durchleuchten und anschließend als 3D Bild darstellen.

Exakte Vermessung

Für Lungen funktionierte dieser Ansatz allerdings nicht gut. „Die vielen Lungenbläschen streuen das Licht stark und lassen so kein gutes Bild zu“, sagt Dr. Annette Feuchtinger aus der Abteilung Analytische Pathologie am Helmholtz Zentrum München, die ebenfalls an der Studie beteiligt war. „Diese sogenannten Artefakte lassen sich durch unsere optimierte Tissue Clearing Methode nun umgehen. So wird es möglich, den gesamten Atemwegstrakt von der Trachea bis zu den Alveolen – von der Luftröhre bis zu den Lungenbläschen – sichtbar zu machen, ohne dass das Gewebe dafür angefärbt werden muss.“ Darüber hinaus lassen sich die durch das Tissue Clearing entstehende Verzerrungen erstmals korrigieren. Dadurch wird eine genaue Vermessung der 3D -Struktur der Atemwege in der gesamten Lunge möglich.

Verbesserter Therapieerfolg

Im Rahmen einer Studie haben die Wissenschaftler haben Leistungsfähigkeit ihrer Methode bereits demonstriert: Mithilfe von fluoreszierenden Nanopartikeln haben sie die Verteilung dieser Partikel in der gesamten Lunge mit zellulärer Auflösung sichtbar und vor allem genau auswertbar gemacht. „Wir können durch die neue Methode beispielsweise die Anwendung und Verweildauer von Nanomedikamenten optimieren, um so den möglichen Therapieerfolg zu verbessern“, so Schmid. Dies erhöhe den Erkenntnisgewinn aus präklinischen in vivo Modellen der Lungenforschung. Außerdem soll sich dank der neuen die Entwicklung von neuen Wirkstoffen für Lungenerkrankungen verbessern.