Nagoya (LabNews Media LLC) – Ein Forschungsteam der Universität Nagoya hat eine neue Technik entwickelt, mit der sich Informationen von der Oberfläche und aus dem Inneren einzelner extrazellulärer Vesikel (EVs) in Blut und Urin auslesen lassen. Wie die Universität mitteilte, könnte das Verfahren nicht-invasive Tests ermöglichen, die chronische Entzündungen nicht nur erkennen, sondern auch Hinweise auf die betroffenen Gewebe geben. Die Ergebnisse wurden in „Cell Reports Physical Science“ veröffentlicht.
Chronische Entzündungen entstehen, wenn das Immunsystem über Monate oder Jahre Entzündungszellen aussendet, obwohl keine Gefahr mehr besteht. Sie liegen Krebs, Hirnerkrankungen, Autoimmunerkrankungen und Herz-Kreislauf-Erkrankungen zugrunde und verursachen allmählich irreversible Gewebeschäden. „Es gibt mehrere konventionelle Entzündungsbiomarker wie das C-reaktive Protein. Diese können eine Entzündung nachweisen, aber es ist schwierig festzustellen, wo sie auftritt“, sagte Taiga Ajiri vom Yasui-Labor der Universität Nagoya.
Die Forschenden nutzten extrazelluläre Vesikel, winzige membranumschlossene Partikel, die von Zellen im ganzen Körper freigesetzt werden und molekulare Informationen ihrer Ursprungszellen tragen. Proteine auf der Membran geben Hinweise auf das Herkunftsgewebe, MikroRNAs im Inneren spiegeln den Zustand der Ursprungszellen wider; die Vesikelmembran schützt die Fracht auf dem Weg durch Körperflüssigkeiten. Herkömmliche Methoden zum Messen interner MikroRNAs zerstören jedoch oft die EV-Membran und vermischen Moleküle vieler Vesikel, sodass sich innere Informationen nicht mit Oberflächenproteinen verknüpfen lassen.
Das Team nutzte Zellulose-Nanofaser-(CNF-)Blätter aus Holz, deren netzartige Nanoporen EVs einfangen und zurückhalten können. Beim Trocknen auf den CNF-Blättern kommen membranumschlossene Partikel in engen Kontakt, was die Membranfusion fördert. Diese Eigenschaft nutzten die Forschenden, um EVs mit Lipid-Nanopartikeln zu verbinden, die molekulare Beacons enthalten – Sonden, die spezifische MikroRNAs nachweisen. Die Lipid-Nanopartikel schleusen die Beacons ins EV-Innere, ohne die Membran zu zerstören; binden die Beacons an ihre Ziel-MikroRNAs, senden sie Fluoreszenz aus.
Getestet wurde das Verfahren an einem Labormodell der chronisch aktiven antikörpervermittelten Abstoßung (CAAMR), einer Komplikation nach Nierentransplantation. Die Forschenden identifizierten 71 MikroRNAs mit veränderter Expression in freigesetzten EVs und konzentrierten sich auf das häufige miR-1246. Zudem wählten sie DPYS, ein nierenassoziiertes Membranprotein, um Entzündungsinformationen mit der Gewebeherkunft zu verbinden. Nach Berücksichtigung der Nachweiseffizienz enthielten schätzungsweise etwa zehn Prozent der EVs unstimulierter Nierenzellen miR-1246, nach entzündlicher Stimulation etwa 40 Prozent; eine qPCR-Analyse mit gleichem Probeninput zeigte keinen statistisch signifikanten Unterschied. In Urinproben von Patienten mit CAAMR, von Patienten mit immunologischen Erkrankungen ohne primären Nierenbezug und von gesunden Freiwilligen unterschieden weder DPYS noch miR-1246 allein die Gruppen klar. EVs mit DPYS und miR-1246 waren jedoch bei CAAMR-Patienten angereichert und gaben Hinweise auf eine Entzündung im Zusammenhang mit der transplantierten Niere.
Das Team will die Partikelgewinnung verbessern und das CNF-Verfahren vereinfachen sowie in größeren klinischen Studien testen. Da Urin und Blut mit relativ geringer Belastung gewonnen werden können, könnte die Methode zu weniger invasiven Untersuchungen und zur Überwachung chronisch entzündlicher Erkrankungen beitragen.
