Zymonsäure als neuer Biosensor

Die Umgebung von Tumoren und Entzündungen ist meist etwas saurer von gesundem Gewebe und wird daher unter anderem als Maß für die Aggressivität von Tumoren genommen. „Mit einer geeigneten pH-Wert-Bildgebung könnte man krankhafte Veränderungen des Gewebes und insbesondere Stoffwechselprozesse von Tumoren sichtbar machen“, so Franz Schilling von der TU München (TUM). Bisher fehlte es jedoch an  solchen Methoden. Ein Team der TUM hat nun einen Sensor  entwickelt, der nicht-invasiv den pH-Wert bestimmen kann.  Bereits vor vier Jahren entdeckte der Physiker Schilling während Experimenten Signale des Moleküls Zymonsäure, welches sehr empfindlich auf pH-Veränderungen reagierte. Im Fachmagazin Nature Communications beschreibt das Team um Schilling jetzt, wie damit pH-Werte im Körper von Kleintieren dargestellt werden können.

Um pH-Werte im Gewebe mithilfe von Zymonsäure sichtbar zu machen, wird das Molekül in den Körper injiziert und anschließend ein MRT-Bild des zu untersuchenden Gewebes erstellt. Vor der Injektion muss die Zymonsäure mit Kohlenstoff 13 markiert werden. Das bedeutet, dass die Moleküle anstelle der „normalen“ Kohlenstoff 12-Atome Kohlenstoff 13-Atome (13C) enthalten. Um die markierte Zymonsäure auf MRT-Aufnahmen sichtbar zu machen nutzt das Team ein relativ neues Verfahren namens Hyperpolarisation. „Dabei übertragen wir mit einem speziellen Gerät bei sehr niedrigen Temperaturen mit Hilfe von Mikrowellen die Polarisation von Elektronen auf die 13C-Atomkerne und verstärken dadurch das MRT-Signal bis zu 100.000-fach“, erläutert Stephan Düwel, Physiker und Erstautor der Studie. Die Zymonsäure wird anschließend in kurzer Zeit wieder auf Raumtemperatur gebracht. Dann muss alles sehr schnell gehen: Der Biosensor wird intravenös in den zu untersuchenden Organismus gespritzt. Für die Aufnahme mit dem MRT-Gerät bleiben 60 Sekunden, bevor der signalverstärkende Effekt durch die Hyperpolarisation wieder abgeklungen ist. „Wir arbeiten derzeit daran, dieses Zeitfenster zu vergrößern“, sagt Düwel. „Dabei versuchen wir zum einen, die MRT-Eigenschaften von Zymonsäure durch geeignete Veränderungen an dem Molekül zu verbessern, und zum anderen, weitere pH-sensitive Moleküle zu finden“, so Christian Hundshammer, Zweitautor der Studie.    

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