Nanopartikel sind winzige Teilchen, die bis in entlegene Körperregionen vordringen können. Oftmals werden sie mit gesundheitsschädlichen Eigenschaften in Verbindung gebracht, gleichzeitig werden aber auch Ansätze erprobt, bestimmte Partikel therapeutisch zu nutzen – etwa als Inhalationsmedikamente. Forschende um Dr. Otmar Schmid, Arbeitsgruppenleiter am Institut für Lungenbiologie des Helmholtz Zentrums München, haben nun eine Methode entwickelt, mit der sich der Therapieerfolg deutlich vollständiger untersuchen lässt als bisher. „Bei präklinischen Tests musste die Lunge bis dato segmentweise – also Gewebeschnitt für Gewebeschnitt – unter dem Mikroskop untersucht werden“, erklärt Studienleiter Otmar Schmid. „Das ist sehr zeitaufwendig, erfasst nicht die gesamte Lunge und ist in mancher Hinsicht auch nicht quantitativ.“ Eine bessere Untersuchung versprach das sogenannte Tissue Clearing, eine Methode, bei der ganze Organe durch chemische Prozesse durchsichtig gemacht werden können. Dadurch kann das Gewebe Schicht für Schicht durchleuchtet und anschließend als 3D Bild dargestellt werden.

„Dieser Ansatz war allerdings für Lungen bisher nicht sehr erfolgreich, da die vielen Lungenbläschen das Licht stark streuen und so kein gutes Bild zulassen“, sagt Dr. Annette Feuchtinger aus der Abteilung Analytische Pathologie am Helmholtz Zentrum München, die ebenfalls an der Studie beteiligt war. „Diese sogenannten Artefakte lassen sich durch unsere optimierte Tissue Clearing Methode nun umgehen. So wird es möglich, den gesamten Atemwegstrakt von der Trachea bis zu den Alveolen – von der Luftröhre bis zu den Lungenbläschen - sichtbar zu machen, ohne dass das Gewebe dafür angefärbt werden muss. Darüber hinaus können wir durch das Tissue Clearing entstehende Verzerrungen erstmals korrigieren, wodurch die genaue Vermessung der 3D Struktur der Atemwege in der gesamten Lunge möglich wird.“

Die Leistungsfähigkeit ihrer Methode konnten die Wissenschaftler in der aktuellen Studie bereits demonstrieren: Anhand von fluoreszierenden Nanopartikeln konnten sie deren Verteilung in der gesamten Lunge mit zellulärer Auflösung sichtbar und vor allem genau auswertbar machen. „Wir können durch die neue Methode beispielsweise die Anwendung und Verweildauer von Nanomedikamenten optimieren, um so den möglichen Therapieerfolg zu verbessern“, erläutert Otmar Schmid. „Dies erhöht den Erkenntnisgewinn aus präklinischen in vivo Modellen der Lungenforschung und verbessert die Entwicklung von neuen Wirkstoffen für Lungenerkrankungen.“

 

Original-Publikation
Yang, L. et al. (2019): https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.8b07524 ACS Nano, DOI: 10.1021/acsnano.8b07524

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