Multifaktorielle, molekular-bildgebende Diagnostik von entzündlichen Erkrankungen mittels Nahinfrarot-Fluoreszenz
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der Nachweis von Entzündungskrankheiten ist nach aktuellem Stand nur in fortgeschrittenem Stadium anhand morphologischer Veränderungen möglich. Deshalb war vorgesehen, ein molekular-bildgebendes diagnostisches System zu entwickeln, mit dessen Hilfe Entzündungsprozesse auf molekularer Ebene und somit in wesentlich früheren Stadien detektiert werden können. Die zentrale Motivation war, die derzeitigen Therapiemöglichkeiten und Heilungschancen zu verbessern. Um eine möglichst hohe Zuverlässigkeit zu gewährleisten wurde erstmalig ein multifaktorielles System vorgeschlagen. Die ausgewählten Faktoren waren die Leukotrien D4- bzw. B4-Rezeptoren CysLT1 und BLT1 sowie die im Entzündungsprozess verstärkt auftretende Interaktion der 5-Lipoxygenase 5-LO mit ihrem aktivierenden Protein FLAP. Zur Detektion der beiden erstgenannten Zielmoleküle konnten erfolgreich spezifische Sonden aus spezifischen Antikörpern sowie den Nahinfrarot-Farbstoffen DY-734 bzw. DY- 652 synthetisiert, in vitro und in vivo getestet und in einem multifaktoriellen Ansatz simultan untersucht werden. Zur Detektion der 5-LO/FLAP-Interaktion musste zunächst ein geeignetes Detektionssystem entwickelt werden. Hier sollte der Nachweis auf der Grundlage des Fluoreszenz-Resonanz-Energie-Transfers (FRET) erfolgen, in dem zwei Fluorophore an spezifische Antikörper gegen die beiden Zielmoleküle gekoppelt werden, zwischen denen bei Anregung eines Fluorophors eine strahlungsfreie Übertragung von Energie auf den zweiten stattfindet. Hierfür wurden die Fluorophore DY-682 und DY-782 ausgewählt, die zunächst an IgG gekoppelt wurden, um das System auf seine generelle Einsetzbarkeit zu untersuchen und die technischen Parameter zu ermitteln. Dieses System wurde in cellulo und in vivo eingesetzt, da die Sonden von Makrophagen phagozytiert werden und somit in den Lysosomen in enger räumlicher Nähe vorliegen. Es konnte gezeigt werden, dass es sowohl in vitro, in cellulo als auch in vivo in einem lokalen sowie einem systemischen Modell zu FRET-Effekten kommt, weshalb das Modell zur spezifischen Detektion der 5-LO/FLAP-Interaktion eingesetzt wurde. Da die nachzuweisenden Effekte auf zellbiologischer Ebene relativ gering ausgeprägt sind, ist eine Übertragung auf den in vitro/in vivo Nachweis der angestrebten molekularen Strukturen (5-LO und FLAP) derzeit noch eine große Herausforderung. Hierzu sind weitere Untersuchungen erforderlich. Darüber hinaus wurde in einem weiteren multifaktoriellen Ansatz das Verhalten von verschiedenen Sonden in einem Modell der rheumatoiden Arthritis der Ratte untersucht. Das vorliegende Forschungsprojekt konnte erfolgreich abgeschlossen werden. Insgesamt hat das Forschungsprojekt ganz neue Erkenntnisse zur multifaktoriellen Bildgebung von entzündlichen Prozessen gebracht. Besonders hervorzuheben ist der dargestellte FRET-Ansatz, der nach bestem Wissen der Antragsteller neu ist bzw. noch nicht beschrieben worden ist. Auf der Basis des Konzeptes des vorliegenden Forschungsprojektes konnten 3 Medizinstudenten über ein IZKF-Stipendium gefördert werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2009). „Bestimmung und Charakterisierung eines Farbstoff-Paares zur Anwendung von FRET-Untersuchungen in der Molekularen Bildgebung.“ Tag der Nachwuchswissenschaftler – Forschungszentrum Lobeda. 29.06.2009 in Jena
T. Luge, C. Busch, F. Lehmann, W. A. Kaiser, I. Hilger
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(2009). „Design and characterization of new contrast agents for NIR imaging of inflammatory diseases.“ “Molekulare Bildgebung 2009”. 18.06. bis 20.06.2009 in Berlin
C. Busch, M. Passon, B. Schweder, I. Socher, W.A. Kaiser, I. Hilger
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(2009). „Detection of inflammatory processes by NIRF-based contrast agents targeting leukotriene receptor CysLT1R”. 442. Wilhelm und Else Heraeus-Seminar „Molecular Imaging“, 04.10. bis 07.10.2009 in Bad Honnef
C. Busch, M. Passon, B. Schweder, I. Socher, W.A. Kaiser, I. Hilger
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(2010). „Detektion des Leukotrien-Rezeptors CysLT1R mit target-spezifischen Nah-Infrarot-Fluorophorgekoppelten Sonden zur Diagnose von Inflammationen.“ 91. Deutscher Röntgenkongresses, 12.05. bis 15.05.2010, Berlin
C. Busch, M. Passon, P. Czerney, I. Socher, W.A. Kaiser, I. Hilger
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(2010). „Differenzierung von Monozyten-Subklassen in entzündlichen Prozessen anhand target-spezifischer Nah-Infrarot-Sonden”. 4. Exzellenzakademie der Medizintechnik „Molekulare Bildgebung“, 25.04. - 01.05.2010, Aachen, Deutschland
C. Busch
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(2010). „Influence of the Dimerization of Fluorescent Dyes on the Spectroscopic Properties of their IgG Conjugates“. Workshop Molekulare Bildgebung, 4.–6.11.2010, Seeon, Deutschland
J. Pauli, M. Grabolle, R. Brehm, I. Hilger, U. Resch-Genger
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(2010). „NIRF-Imaging of inflammatory diseases by specific targeting of leukotriene receptor CysLT1R”. Europäischer Röntgenkongress (ECR), 04.03. bis 08.03.2010, Wien
C. Busch, M. Passon, P. Czerney, I. Socher, W.A. Kaiser, I. Hilger
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(2011). „Detection of Leukotriene Receptor CysLT1R in Inflammatory Diseases by Molecular Imaging with Near-Infrared Fluorescence (NIRF) Based Contrast Agents”. Molecular Imaging, 10(02), 81-90
Corinna Busch, Martha Passon, Matthias Wenzel, Ines Socher, Werner A. Kaiser, Ingrid Hilger
