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Zellen im Vakuum

(15.2.17) Die gebürtige Österreicherin Tina Angerer entwickelte während ihrer Doktorarbeit in Schweden ein Verfahren zur Untersuchung biologischer Proben mit der bildgebenden Time-of-Flight Sekundär-Ionen Massenspektrometrie (ToF-SIMS). Laborjournal wollte von ihr wissen, wie ToF-SIMS funktioniert.

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© Universität Göteburg

Wie kann man sich die ToF-SIMS-Methode vorstellen, was ist das Besondere daran?

Tina Angerer: Mit ToF-SIMS kann man theoretisch tausende Substanzen auf einer Probenoberfläche in nur einem Experiment analysieren, ohne sie markieren zu müssen. Das Endresultat ist eine chemische Landkarte, aus der nicht nur hervorgeht, welche Substanz sich wo in der Probe befindet, sondern auch in welcher Menge.

Welche Gewebstypen und -eigenschaften sind (noch) nicht für ToF-SIMS zugänglich?

Tina Angerer: Unser Ziel ist es, mit ToF-SIMS lebende Systeme zu erforschen. Das Problem biologischer Proben ist jedoch das Wasser, das sie enthalten. Mit ToF-SIMS analysiert man Proben im Vakuum, sie müssen also fest und trocken sein. Die einfachste Lösung ist, die Proben zu trocknen, was jedoch allerhand Probleme mit sich bringt. Die Zellen können platzen, Gewebe schrumpft und alles was flüssig war, wandert an einen anderen Ort.Vor allem Cholesterol, das man in großen Mengen zum Beispiel im Gehirn findet ist problematisch. Es besteht die Gefahr, dass die trockene Probe die man analysiert, nicht mehr viel mit dem Leben zu tun hat, das man eigentlich untersuchen will. Unmöglich ist es jedoch nicht. Nicht alle Zellen platzen, nicht alle Substanzen wandern beim Trocknen und zur Not lässt sich eine Probe auch gefroren analysieren. Theoretisch kann man mit ToF-SIMS jede biologische Probe untersuchen und relevante Ergebnisse erhalten, man muss sich nur darüber bewusst sein, wie sie sich im Vakuum verhält.

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Könnte eine Probenvorbehandlung, wie etwa moderate Erwärmung, die Zugänglichkeit vereinfachen? Beeinflusst die Probentemperatur die Sensitivität der Methode oder läuft man Gefahr, damit Artefakte zu erzeugen?

Tina Angerer: Speziell für biologische Proben ist es am besten, sie vor der Analyse einzufrieren und sie eingefroren zu analysieren. So hält sich die Verteilung und die Integrität aller Substanzen in der Probe so lebensnah wie möglich. Auftauen und Austrocknen sind problematisch. Man kann also davon ausgehen, dass zusätzliches Erwärmen schädlich ist.

Könnten Sie eine Daumenregeln nennen, wieviele biologische und technische Replikate man untersuchen sollte, um ein aussagefähiges Gesamtbild zu erreichen? Benötigt ToF-SIMS von Lipiden zum Beispiel mehr oder weniger Replikate als ToF-SIMS von anderen Biomolekülen. Und falls „Ja“, was ist der Grund dafür?

Tina Angerer: Das hängt ganz von der Studie ab. Für die Methodenentwicklung sind mindestens drei technische Replikate pro Methode nötig. Wenn die Methode einfach zu reproduzieren ist und diese drei Proben das gleiche Resultat zeigen, ist dies schon mal eine gute Basis, um Aussagen über eine neue Probenvorbereitungs-Methode zu machen. In medizinischen Studien sind N+1 Replikate notwendig, wobei N die Anzahl der Proben ist, die man bis jetzt analysiert hat und mindestens bei neun liegen sollte. Proben verschiedener Individuen, speziell von Menschen können sehr unterschiedlich sein. Die Personen sind vielleicht unterschiedlich alt, ernährten sich nicht gleich und lebten generell unterschiedlich. Dies kann sich auf Lipide genauso auswirken, wie auf alle anderen Moleküle im Körper.

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Wo sehen Sie besonders hohes Anwendungspotenzial für ToF-SIMS? Könnte diese Methode sich zu einem Routineverfahren in der medizinischen Diagnostik beziehungsweise der Pathologie entwickeln?

Tina Angerer: Zur Zeit wohl noch eher in der Grundlagenforschung. Die Geräte sind im Vergleich zu manchen Färbemethoden, etwa der Hämatoxylin-Eosin-Färbung teuer, kompliziert zu bedienen und langsam. Pathologen sind noch nicht überzeugt, dass ToF-SIMS ihnen mehr über die Probe sagen kann als die Färbungen, die sie gewohnt sind. Aber meine Kollegen und ich sind dabei, ihnen das Gegenteil zu beweisen. Mit ToF-SIMS kann man hauptsächlich Lipide analysieren, und speziell diese scheinen in der Krebsforschung an Bedeutung zu gewinnen. Wobei die Mechanismen der Lipid-Veränderungen bei Krebs zur Zeit noch nicht ausreichend erforscht sind. In Zukunft könnte es aber durchaus sein, dass ein Gewebeschnitt zum Färben, einer zur Rezeptor-Analyse und einer zum ToF-SIMS-Gerät geschickt wird. Für die Entscheidung über die weitere Behandlung, könnten dann auch die Ergebnisse der Lipidverteilung eine Rolle spielen.

Interview: Andrea Pitzschke

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Letzte Änderungen: 08.03.2017

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