Bildern im Nanomaßstab entgeht kein Herzschlag
Technologische Fortschritte bringen den Gesundheitssektor einen großen Schritt voran, wobei Patienten mit verschiedenen Erkrankungen am meisten davon profitieren. Eine europäische Forschungsgruppe hat ein neuartiges Abtastverfahren im Nanomaßstab entwickelt, das Experten einen detaillierten Einblick darin ermöglicht, wie sich Herzinsuffizienz auf die Oberfläche der Herzmuskelzelle auswirkt. Die in der Zeitschrift Science vorgestellten Ergebnisse könnten zu einer besseren Behandlung von Herzinsuffizienz und verbesserten Medikamenten führen, die das Fortschreiten dieser schweren Erkrankung verlangsamen könnten. Laut Definition der Experten liegt eine Herzinsuffizienz dann vor, wenn ein Problem der Funktion oder Struktur des Herzens die notwendige Blutversorgung des Körpers beeinträchtigt. Das Problem verschlimmert sich, wenn der Körper Hormone wie beispielsweise Adrenalin aktiviert, um das Herz wieder in Schwung zu bringen, weil es dabei sogar noch stärker beschädigt wird. In dieser Studie setzten Forscher vom Imperial College London im Vereinigten Königreich und vom Institut für Pharmakologie und Toxikologie sowie vom Rudolf-Virchow-Zentrum, beide an der Universität Würzburg, Nanomikroskopie ein, um einzelne Regionen auf der Oberfläche gesunder und erkrankter Herzmuskelzellen von Ratten zu untersuchen. Die Technik der Raster-Ionen-Leitfähigkeits-Mikroskopie (SICM, scanning ion conductance microscopy) liefert den Experten ein detailliertes Bild der Oberfläche der Herzmuskelzelle. Bisher wurde die Beschädigung mithilfe von herkömmlicher Mikroskopie bestimmt. SICM ermöglichte den Forschern einen Blick auf die feinen Strukturen der Herzmuskelzelle, einschließlich des Röhrensystems der sogenannten transversalen Tubuli, die innerhalb der Muskelzelle elektrische Signale transportieren. Mithilfe von SICM erhielten sie auch ein detailgenaues Bild des Beschädigungsgrades der Zelloberfläche bei Herzinsuffizienz. Dem Forschungsteam zufolge verfügt der Körper über zwei Typen von Adrenalinrezeptoren: beta1-Adrenozeptoren (beta1-AR) und beta2-Adrenozeptoren (beta2-AR). beta1-AR stimuliert die Kontraktion des Herzens, aber auf lange Sicht kann er Zellschädigungen auslösen. beta2-AR kann auch eine Kontraktion verursachen, er enthält aber einzigartige schützende Eigenschaften. SICM wurde mit neuen chemischen Sensoren kombiniert, die fluoreszierende Signale aussenden, sobald beta1-AR oder beta2-AR aktiviert wird, erklären die Forscher. Ihre Daten zeigen, dass beta2-Rezeptoren, die normalerweise in den transversalen Tubuli sitzen, ihre Lage wechseln und sich in dem Bereich befinden, der bei durch Herzinsuffizienz beschädigten Zellen die beta1-Rezeptoren enthält. Die Forscher nehmen an, dass die schützenden Eigenschaften der beta2-Rezeptoren durch den Umzug in die Nachbarschaft der beta1-Rezeptoren geschwächt werden und dass so ein schnellerer Verfall des betroffenen Herzens ausgelöst wird. "Unsere neue Technik bedeutet, dass wir tatsächlich sehen können, wie einzelne Zellen durch Herzinsuffizienz beschädigt werden", erklärte Ko-Autorin Dr. Julia Gorelik vom National Heart and Lung Institute am Imperial College London. "Mithilfe unserer neuen Nanomikroskopie an lebenden Zellen können wir die Oberfläche von Herzmuskelzellen viel genauer betrachten, als es bisher möglich war, und wir [können] winzige Strukturen sehen, die sich auf die Zellfunktion auswirken", fügte sie hinzu. "Indem wir verstehen, was in diesem winzigen Maßstab vor sich geht, können wir schließlich ein detailgetreues Bild dessen erstellen, was mit dem Herz bei Herzinsuffizienz geschieht. Auf lange Sicht sollte uns das bei der Bekämpfung dieser Krankheit helfen", fährt Dr. Gorelik fort. "Unsere zukünftigen Forschungen werden sich hauptsächlich darum bemühen zu verstehen, ob Medikamente beta2-AR daran hindern können, ihre Lage zu wechseln, und wie uns das bei der Bekämpfung von Herzinsuffizienz helfen kann."
Länder
Deutschland, Vereinigtes Königreich