Sensormolekül hilft, Tumore sichtbar zu machen

Es ist ein wichtiges Eiweiss, das der Haut Spannkraft verleiht. Deshalb wird es in der Kosmetik häufig zur Faltenreduzierung eingesetzt: Die Rede ist von Kollagen, das am häufigsten vorkommende Protein in unserem Körper. Kollagene machen rund 30 Prozent des gesamten Proteingehaltes aus. Haut, Sehnen, Knorpel, Knochen und Bindegewebe bestehen daraus.

Kollagenfasern werden beispielsweise während der Wundheilung, aber auch beim Wachstum von Tumoren verstärkt neu gebildet. Was passiert genau? Während der Neubildung vernetzen sich die fadenförmigen Kollagenmoleküle zu stabilen Fasern. Bei diesem Vorgang spielen Lipoxygenasen, kurz LOX, eine bedeutende Rolle. Das Enzym oxidiert bestimmte Stellen in den Kollagenmolekülen. Diese chemisch veränderten Stellen gehen erneut chemische Reaktionen auf anderen Kollagensträngen ein und verbinden sich schliesslich mit diesen.

Unter der Leitung von Helma Wennemers, Professorin am Laboratorium für Organische Chemie der ETH Zürich, haben Forscher ein Sensormolekül entwickelt, das zu fluoreszieren beginnt, sobald es mit dem Enzym LOX reagiert hat. Das bedeutet: Das Sensormolekül ist ein Marker für LOX-Aktivität.

Die Wissenschaftler verknüpften das Marker-Molekül anschliessend mit einem kurzen fadenförmigen Peptid, welches Kollagen ähnlich ist. Das Peptid haben sie mit einer sogenannten reaktiven Gruppe ausgestattet – diese reagiert ausschliesslich mit oxidiertem Kollagen.

Versuche an Mäusen sowie In-vitro-Experimente mit Gewebeschnitten zeigten: Das Sensormolekül lagert sich dort in Kollagenfasern ein, wo sich gerade neues Gewebe bildet. Wenn die Neubildung von Gewebe in Gang gebracht und dabei das Enzym LOX gebildet wird, fluoaresziert das Molekül.

Das Marker-Molekül kann verwendet werden, um etwa bei Untersuchungen von Biopsien die Ränder des Tumors sichtbar zu machen. Denn beim Wachstum von Tumoren wird neues Gewebe vor allem an den Tumorrändern gebildet. ETH-Professorin Wennemers sagt: «Eine unserer Visionen ist, dass Chirurginnen und Chirurgen dieses Molekül dereinst direkt auf dem Operationstisch während der Entfernung eines Tumors verwenden können.»

Weitere mögliche Anwendungen des Marker-Moleküls betreffen die Wundheilung, etwa die Erforschung der Gewebebildung grundsätzlich oder von Heilungsstörungen bei Diabetes und anderen Krankheiten.

Die Forscher haben für ihr System mit dem modularen Aufbau und den drei Komponenten – Sensor, Peptid und reaktive Gruppe – ein Patent eingereicht. Derzeit untersuchen sie, wie es zur Marktreife gebracht respektive für zusätzliche Anwendungen weiterentwickelt werden kann.

Die Forschungsarbeit ist nun erstmals in einer Fachzeitschrift veröffentlicht worden. Im vergangenen Jahr erhielten die Wissenschaftler den Spark Award der ETH Zürich.