Methodenentwicklung für ein multiplexfähiges Bio-Imaging auf Einzelzell-Niveau mittels LA-ICP-MS

• Antragstellerin: Dr. Larissa Müller
• Fachliche Zuordnung: Analytische Chemie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 244424891

Viele biologische Systeme enthalten eine Zellpopulation mit heterogenen Eigenschaften. Daher ist es notwendig Zellen isoliert zu analysieren, um ihre Unterschiede aufzuzeigen und ihre Rolle im System zu erfassen. Besonders die Fluoreszenz-Mikroskopie hat sich in diesem Forschungsfeld etabliert, z.B. bei der Zytodiagnostik oder der Lebendzell-Bildgebung. Gleichzeitig wirft jeder Fortschritt immer neue biochemische, zellbiologische und medizinische Fragestellungen auf, welche eine robuste, multiplexfähige wie auch eine quantitative Analytik erfordern, um Proteinfunktion, Protein-Wechselwirkungen und die molekulare Zusammensetzung in Zellen ausreichend erforschen zu können. Besonders die simultane Detektion vieler Proteine (Multiplexing) mittels Immunoassay ist in der Fluoreszenz-Mikroskopie durch spektrale Überlappungen und Sättigungseffekte begrenzt.Das Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung einer analytischen Methode für die Verbesserung der bildgebenden Metalldetektion mittels LA-ICP-MS (engl. Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry), um natürliche Spurenelemente sowie künstliche Elementlabel auf Einzelzell-Niveau detektieren zu können. Im Besonderen soll eine Methode für ein multiplexfähiges quantitatives Bio-Imaging einzelner eukaryotischer Zellen mit elementmarkierten Antikörpern entwickelt werden. Die Idee für die Entwicklung ICP-MS basierter Multiplex-Immunoassays basiert auf der einfachen Auswertung von Mass-Fingerprints, da die ICP-MS eine Multi-Element Detektor ist und viele Elemente des Periodensystems gleichzeitig bestimmt werden können. Weitere Vorteile liegen in ihrer hohen Genauigkeit und ihrem weiten linearen Messbereich.Das entscheidende Merkmal ICP-MS basierter Immunoassays ist die Modifizierung von Antikörpern mit künstlichen Elementlabeln. Diese dienen wie Fluoreszenz-Farbstoffe zum indirekten Nachweis der Zielproteine in der Zelle. Das Label ist kovalent an einen Antikörper gebunden, der wiederum an das Zielprotein (Antigen) spezifisch nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip andockt. Die Detektion des Elements mittels ICP-MS ermöglicht so die Identifizierung des Zielproteins. Für das Vorhaben werden drei Ziele definiert: die Optimierung der Hardware für die LA-ICP-MS, die Entwicklung von Labelingreagenzien und die Etablierung von LA-ICP-MS basierten Multiplex-Immunoassays auf Einzelzell-Niveau. Zudem wird die Leistungsfähigkeit der Methode an ausgewählten grundlegenden Anwendungen (Nachweis von Metalloproteinen in der Zelle, Multiplex-Immunoassay zum ortsaufgelösten Imaging von Zellkompartimenten, Interaktion von Zellen mit Nanopartikeln) erprobt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Personen: Professor Dr. Michael Linscheid; Dr. Ute Resch-Genger