Für die Studie, die im Fachblatt „Antioxidants“ erschienen ist, hat das Team um Experimentalphysiker Florian Grüner der Universität Hamburg mit Jod-Atomen markierte Q10-Moleküle untersucht, die durch diese Markierung nach Anregung mit Röntgenstrahlung durch die Aussendung von Röntgenfluoreszenzphotonen („Röntgen-Echo“) sichtbar wurden. Es war daraufhin nicht nur möglich, die Aufnahme des Enzyms in den Zellen zu bestätigen. „Wir konnten darüber hinaus sogar die räumliche Verteilung des Q10 innerhalb der einzelnen Zellen messen und untersuchen, wie sich die Aufnahme von Zelle zu Zelle unterscheidet. Interessant ist, dass offenbar jede einzelne Zelle Q10 aufgenommen hat und dies in Abhängigkeit ihrer jeweiligen Größe“, sagt die Erstautorin und Projektleiterin Theresa Staufer, die zugleich Co-Gruppenleiterin ist.
Bereits seit einiger Zeit fokussiert sich die Gruppe von Grüner auf die Weiterentwicklung der , so dass diese noch besser als Werkzeug zur Untersuchung der Wirkung von molekularen Wirkstoffkandidaten in biologischen Gewebeproben eingesetzt werden kann.

Nach einer Validierungsmessung an einem ganzen Zellkügelchen an der Messstation P21.1 wurde eine verfeinerte Methode an einzelnen Zellen vom Team um DESY-Wissenschaftler Gerald Falkenberg an der Strahlführung P06 identifiziert und umgesetzt. „Dank der hochaufgelösten Bildgebung, die wir durch den feinen Röntgenstrahl erreichen, können wir die markierten Enzyme wie in einem Zoom in der Zelle selbst beobachten. Wir messen also die Marker, die quasi Huckepack mit den eigentlich untersuchten Enzymen, unterwegs sind“, erläutert Gerald Falkenberg die Untersuchungen.

Die Ergebnisse der Weiterentwicklung der Methode sind in diversen Veröffentlichungen, aber auch Patenten wiederzufinden. In einem nächsten Schritt soll die Forschung auf die Präklinik – also die Entwicklung neuer Medikamente – ausgeweitet werden. Gemeinsam mit anderen Gruppen aus dem Fachbereich Physik der Universität Hamburg, aber auch mit Forschenden aus dem Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf (UKE), plant die Gruppe um Grüner etwa markierte Immunzellen bei chronischen Krankheiten wie Morbus Crohn zu untersuchen. Ein weiteres Projekt konzentriert sich auf Anti-Krebs-Wirkstoffe und geht den Fragen nach, ob sie den Tumor in ausreichender Menge erreichen und ob sie auch in das Innere eines Tumors vordringen. Hierfür hat die Gruppe kürzlich eine Förderung des BMBF erhalten. Geplant ist zudem, die Erkenntnisse auf Studien zu Leberentzündungen und Nierenkrankheiten anzuwenden. Ein weiteres Projekt plant die Nachverfolgung von mRNA-tragenden Nanopartikeln, spätestens seit der Entwicklung von mRNA-Impfstoffen ein hochaktuelles Thema. All diese Projekte stützen sich auf brillante Röntgenstrahlung, wie diese an PETRA III erzeugt wird.

„Diese Forschung hat ein enormes Potenzial, das vor allem durch die enge Kooperation der Physik der Universität Hamburg mit dem UKE ausgeschöpft werden kann. Ebenso wichtig ist aber auch die Zusammenarbeit am Wissenschaftsstandort Hamburg, denn hier haben wir ein einmalige Forschungsinfrastruktur, wie sie das DESY betreibt“, sagt Florian Grüner. Allein für die aktuelle Studie waren viele Kooperationspartner entscheidend: Das Hamburger Fraunhofer-Institut CAN hat die Q10-Moleküle markiert und die Röntgenfluoreszenz wurde zusammen mit einem Team des DESY-Synchrotrons PETRA III gemessen, eine der brillantesten Röntgenstrahlungsquellen der Welt. Die Hautzellen und biologischen Tests mit dem markierten Q10 im Vergleich zu nicht-markiertem hat die Beiersdorf AG übernommen, die das Projekt in Auftrag gegeben hat. „An einem solch einzigartigen Forschungsstandort wird es dann auch möglich sein, vielversprechende Erkenntnisse aus der Grundlagenforschung per Technologietransfer zusammen mit der Industrie in die Anwendung zu bringen“, so Grüner.

 

Originalveröffentlichung

 

Assessing Cellular Uptake of Exogenous Coenzyme Q10 into Human Skin Cells by X-ray Fluorescence Imaging, Theresa Staufer, Mirja Schulze, Oliver Schmutzler, Christian Körnig, Vivienne Welge, Thorsten Burkhardt, Jan-Peter Wietzke, Alexandra Vogelsang, Julia M. Weise, Thomas Blatt, Oliver Dabrowski, Gerald Falkenberg, Dennis Brückner, Carlos Sanchez Cano, Florian Grüner, Antioxidants 2022, 11(8), 1532; https://doi.org/10.3390/antiox11081532