Konfokales Laserscanning-Mikroskop
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Großgerät wurde neben vielen weiteren Projekten primär für Forschungsarbeiten aus den Bereichen Nanotechnologie, Immunologie, Lipidstoffwechsel und Krebsforschung eingesetzt. Dabei wurde besonders die hohe zeitliche und räumliche Auflösung des konfokalen Mikroskops mit Resonanzscanner-Technologie genutzt, welche die Darstellung schneller physiologischer Prozesse erlaubt. Das Mikroskop wurde in einer Reihe von Untersuchungen eingesetzt, welches das Ziel verfolgte, das Organ- und Zellspezifische Schicksal von applizierten Nanopartikel darzustellen. Dabei wurde entdeckt, dass Leberendothelzellen Nanopartikel mit einer speziellen Hülle bevorzugt aufnehmen. Dieser Mechanismus wurde zum Transport von immunmodulatorischen Peptiden ausgenutzt, welche in einem Modell der experimentellen autoimmunen Enzephalomyelitis den Krankheitsfortlauf stoppen und umkehren konnte. Diese Erkenntnis kann einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung von Behandlungsstrategien in Bezug auf Autoimmunkrankheiten wie Multiple Sklerose leisten. Fluoreszierende Nanopartikel (Quantum Dots) werden ebenfalls eingesetzt, um den Stoffwechsel von Lipoproteinen zu verfolgen. Die Quantum Dots können in rekombinante Lipoproteine eingebettet und mit Hilfe der intravitalen konfokalen Laserscanningmikroskopie dargestellt werden. Der Stoffwechsel dieser markierten Lipoproteine kann somit in Zellen sowie mit Hilfe der Intravitalmikroskopie im lebenden Tier verfolgt werden. Diese Technologie wurde unter anderem angewendet, um die Aufnahme von atheroprotektiven HDL (High Density Liporoteins) in atherosklerotische Plaques zu untersuchen. Dabei wurde festgestellt, dass die Applikation der HDL nicht zwingend intravenös, sondern durchaus intraperitoneal erfolgen kann und dies zu einer verstärkten Aufnahme von HDL in die Plaques führt. Triglyceridreiche Lipoproteine (TRL) transportieren im Blut energiereiche Lipide zu metabolisch-aktiven Organen wie Herzmuskel und braunem Fettgewebe. Das kälteaktivierte Braune Fettgewebe (BAT) ist in den vergangenen Jahren weltweit von Stoffwechselforschern bearbeitet worden, da es chemische Energie in Wärme umwandelt und somit ein neues Zielorgan ist, um Übergewichts-assoziierte Erkrankungen wie Diabetes oder Nicht-alkoholische Steatohepatitis zu behandeln. Die Markierung mit Quantum Dots wurde auch erfolgreich auf TRL angewendet, um die zelluläre Aufnahme und die regulierenden Mechanismen in das BAT aufzuklären. Dabei konnte die Rolle eines wichtigen Regulators (Angptl4) für die Versorgung des BAT näher aufgeklärt werden. Interessanterweise sind in dem als Energiespeicher bekannten weißen Fettgewebe (WAT) nach längerer Kälteexposition ebenfalls thermogene Adipozyten zu finden (browning of WAT). Die Regulation der Lipidaufnahme über Angptl4 und hormonelle Faktoren wie Insulin und FGF21 in diese sogenannten beigen Adipozyten konnte ebenfalls mit Hilfe der Intravitalmikroskopie aufgeklärt werden. Die Metastasierung von malignen Zellen stellt den Haupttodesgrund einer Vielzahl von Krebsarten dar. Nach Erkenntnissen der letzten Jahre, benutzen metastasierende Zellen Mechanismen von Immunzellen, wie zuckerbindende Proteine (Selektine), um die Blutbahn am Ort der Metastasierung zu verlassen. Mit Hilfe des zeitlich hochauflösenden Mikroskopes können fluoreszenzmarkierte Krebszellen in der Blutbahn verfolgt und ihr Verhalten beobachtet werden. Es konnte gezeigt werden, dass Krebszellen des kleinzelligen Bronchialkarzinoms am Endothel von Venen Verhaltensweisen von Leukozyten (Rollen und Haften) aufweisen und die Anwesenheit von Selektinen unbedingt zur erfolgreichen Metastasierung dieser Krebszellen notwendig ist. Diese Erkenntnisse können in die Entwicklung neuartiger Medikamente zur Verhinderung der Metastasierung von Krebszellen einfließen. Zusammenfassend wurde das konfokale Laserscanningmikroskop für intravitalmikroskopische Fragestellungen in einer großen Anzahl von Forschungsprojekten eingesetzt, wobei die Untersuchungen insbesondere im Rahmen von u.a. DFG-geförderten Verbundprojekten eingesetzt wurden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- A simple and widely applicable method to 59Fe-radiolabel monodisperse superparamagnetic iron oxide nanoparticles for in vivo quantification studies
Freund B, Tromsdorf UI, Bruns OT, Heine M, Giemsa A, Bartelt A, Salmen SC, Raabe N, Heeren J, Ittrich H, Reimer R, Hohenberg H, Schumacher U, Weller H, Nielsen P
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/nn3024267) - ANGPTL4 mediates shuttling of lipid fuel to brown adipose tissue during sustained cold exposure
Dijk W, Heine M, Vergnes L, Boon MR, Schaart G, Hesselink MK, Reue K, van Marken Lichtenbelt WD, Olivecrona G, Rensen PC, Heeren J, Kersten S
(Siehe online unter https://doi.org/10.7554/eLife.08428) - Brown fat activation reduces hypercholesterolaemia and protects from atherosclerosis development
Berbée JF, Boon MR, Khedoe PP, Bartelt A, Schlein C, Worthmann A, Kooijman S, Hoeke G1, Mol IM, John C, Jung C, Vazirpanah N, Brouwers LP, Gordts PL, Esko JD, Hiemstra PS, Havekes LM, Scheja L, Heeren J, Rensen PC
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/ncomms7356) - Hepatic lipase is expressed by osteoblasts and modulates bone remodeling in obesity
Bartelt A, Beil FT, Müller B, Koehne T, Yorgan TA, Heine M, Yilmaz T, Rüther W, Heeren J, Schinke T, Niemeier A
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.bone.2014.01.001) - High interstitial fluid pressure is associated with low tumour penetration of diagnostic monoclonal antibodies applied for molecular imaging purposes
Heine M, Freund B, Nielsen P, Jung C, Reimer R, Hohenberg H, Zangemeister- Wittke U, Wester HJ, Lüers GH, Schumacher U
(Siehe online unter https://doi.org/10.1371/journal.pone.0036258) - Intraperitoneal injection improves the uptake of nanoparticle-labeled high-density lipoprotein to atherosclerotic plaques compared with intravenous injection: a multimodal imaging study in ApoE knockout mice
Jung C, Kaul MG, Bruns OT, Dučić T, Freund B, Heine M, Reimer R, Meents A, Salmen SC, Weller H, Nielsen P, Adam G, Heeren J, Ittrich H
(Siehe online unter https://doi.org/10.1161/CIRCIMAGING.113.000607) - Nanoparticlebased autoantigen delivery to Treg-inducing liver sinusoidal endothelial cells enables control of autoimmunity in mice
Carambia A, Freund B, Schwinge D, Bruns OT, Salmen SC, Ittrich H, Reimer R, Heine M, Huber S, Waurisch C, Eychmüller A, Wraith DC, Korn T, Nielsen P, Weller H, Schramm C, Lüth S, Lohse AW, Heeren J, Herkel J
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.jhep.2015.01.006) - Selectins mediate small cell lung cancer systemic metastasis
Heidemann F, Schildt A, Schmid K, Bruns OT, Riecken K, Jung C, Ittrich H, Wicklein D, Reimer R, Fehse B, Heeren J, Lüers G, Schumacher U, Heine M
(Siehe online unter https://doi.org/10.1371/journal.pone.0092327) - TGF-β-dependent induction of CD4+CD25+Foxp3 + Tregs by liver sinusoidal endothelial cells
Carambia A, Freund B, Schwinge D, Heine M, Laschtowitz A, Huber S, Wraith DC, Korn T, Schramm C, Lohse AW, Heeren J, Herkel J
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.jhep.2014.04.027) - Tailor-made quantum dot and iron oxide based contrast agents for in vitro and in vivo tumor imaging. ACS Nano, 2012, 6 (4), pp 3346–3355
Pöselt E, Schmidtke C, Fischer S, Peldschus K, Salamon J, Kloust H, Tran H, Pietsch A, Heine M, Adam G, Schumacher U, Wagener C, Förster S, Weller H
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/nn300365m)
