Krebs stellt eine ständige Herausforderung für ärzte, insbesondere in der Diagnose und Behandlung der Krankheit. Dies ist unter anderem durch tumor-Heterogenität. Ein team von Wissenschaftlern aus dem Helmholtz Zentrum München, das Jülich Research Center, der Technischen Universität München und der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf hat nun gezeigt, dass Harmlose Purpurbakterien der Gattung Rhodobacter in der Lage sind, zu visualisieren Aspekte dieser Heterogenität in den Tumoren. Mit Hilfe von optoacoustic imaging, nutzten die Forscher die Mikroorganismen zu visualisieren, Zellen des Immunsystems, so genannte Makrophagen* (Griechisch für „große Esser“), spielen auch eine Rolle in der tumor-Entwicklung. Ihre Forschungsergebnisse wurden jetzt veröffentlicht in Nature Communications.

Viele Krebsarten bilden soliden Tumoren. Im inneren dieser Tumoren zeigen große Unterschiede auf zellulärer und molekularer Ebene. Eine davon betrifft die Lokalisation und Aktivität von Makrophagen. Obwohl diese Zellen sind essentiell für ein gesundes Immunsystem, Sie spielen auch eine wichtige Rolle in der tumor-Entwicklung. Mit Hilfe von photosynthetischen Bakterien, neue optoacoustic Techniken, die zeigen, wo solche Makrophagen sind vorhanden und aktiv ist, wurden inzwischen entwickelt.

„Wir konnten zeigen, dass Bakterien der Gattung Rhodobacter**, die für den Menschen ungefährlich sind, sind geeignet, die als indirekte Marker der Makrophagen-Präsenz und Aktivität“, sagt Dr. Andre C. Stiel, Kopf der Zelle Engineering-Gruppe am Institut für Biologische und Medizinische Bildgebung (IBMI) Helmholtz Zentrum München. Rhodobacter Bakterien produzieren große Mengen des photosynthetischen pigment bacteriochlorophyll a. Dieses pigment konnten die Forscher erkennen Bakterien im tumor mittels multispektraler optoacoustic-Tomographie (MSOT)***.

Wie funktioniert das Prinzip? Makrophagen verschlingen die Bakterien als Teil Ihrer natürlichen Aufräumvorgang Aktivität, bekannt als Phagozytose. Dies verändert die Umgebung der Bakterien, deren absorption von elektromagnetischer Strahlung und, als Ergebnis, auch die optoacoustic signal. Rhodobacter Bakterien so zu handeln wie sensoren für die Wissenschaftler, indem Sie Ihnen mit Informationen über die Anwesenheit und Aktivität von Makrophagen.

„In weiteren Schritten werden diese Bakterien ermöglichen neue Ansätze zur non-invasiven Technologien und damit eröffnen sich völlig neue Möglichkeiten für innovative diagnostische und therapeutische Verfahren“, ergänzt Dr. Thomas Drepper, Leiter der Bakteriellen Photobiotechnology-Gruppe an der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf. In Zukunft werden Bakterien möglicherweise in der Lage zu offenbaren, die Lage eines Tumors und auch erkennen, gesteigerte Makrophagen-Aktivität. Je nach Lokalisation der Makrophagen könnte Aufschluss über unerwünschte Entzündungen oder die gewünschte Reaktion auf immun-und könnte schließlich verwendet werden, zur Verbesserung der Behandlungs-Strategien.

Hinweis:

*Wie heute bekannt ist, Tumoren Hafen bestimmte mikroumgebungen. Eine der Komponenten der tumor-mikroumgebung sind die tumor-assoziierten Makrophagen. Diese scavenger-Zellen sind Teil unseres Immunsystems, aber im Falle einer Krebserkrankung an denen Sie beteiligt sind unerwünschte Entzündung des tumor-Gewebe — ein Prozess, der führt zu dem weiteren Fortschreiten der Erkrankung.

**Rhodobacter tritt weltweit in stehenden und fließenden Wasser. Die Bakterien produzieren verschiedene Pigmente, um die Photosynthese durchführen zu können. Dazu gehören bacteriochlorophyll a, das geeignet ist für die MSOT-Untersuchungen zur Lokalisierung von soliden Tumoren. Rhodobacter – Zellen verursachen keine Infektionen bei Menschen.

***Während eine MSOT-scan, Licht wird zunächst umgewandelt in Ton, dann in visuelle Informationen. Zunächst ein schwacher, pulsierender Laserstrahl gerichtet auf den Körper. Wenn der Strahl trifft auf die Moleküle und Zellen, Sie erwärmen sich nur minimal und reagieren mit minimalen Vibrationen, die wiederum erzeugen akustische Signale. Diese werden dann abgeholt von sensoren und konvertiert Sie in Bilder um. Die Art und Weise, in der einzelne Zellen und Moleküle reagieren auf die laser hängt von Ihrer optischen Eigenschaften-in diesem Fall, zum Beispiel, die Eigenschaften der bakteriellen Pigmente.