Ein Team von Forschenden der Helmholtz Munich und der Technischen Universität München (TUM) hat eine neue Mikroskopietechnik entwickelt, mit der Lipide in lebenden Zellen ohne chemische Markierung unterschieden und kartiert werden können – darunter Cholesterin und Sphingomyelin. Anwendungsmöglichkeiten soll es in einem breiten Spektrum der Lipidforschung geben – von der Grundlagenforschung bis hin zu medizinischen Einsatzbereichen, die bisher nur schwer zugänglich waren. Insbesondere die Darstellung von Krankheitsprozessen und Stoffwechselwegen soll beim Menschen langfristig zu belastbaren Biomarkern für eine Vielzahl von Erkrankungen führen.
Die neue Methode eröffnet laut den Forschenden die Möglichkeit, Lipidklassen in lebenden Zellen markerfrei zu verfolgen und räumlich darzustellen. Dadurch könnten Krankheitsprozesse präziser verstanden und Stoffwechselaktivitäten besser überwacht werden – perspektivisch auch im menschlichen Körper. Als nächster Schritt wird angestrebt, die Technologie zu beschleunigen und in komplexeren zellulären Systemen zu testen, um weitere Erkenntnisse über Krankheitsentstehung und Medikamentenwirkungen zu gewinnen.
Kern der Entwicklung ist die Kombination aus mittelinfrarotem Licht und optoakustischer Detektion. Dabei wird ein charakteristischer chemischer Fingerabdruck von Lipiden erzeugt, wodurch der Einsatz fluoreszierender Marker entfällt. Diese sind bislang notwendig, jedoch aufwendig in der Entwicklung und können zudem die natürliche Funktion der Lipide beeinflussen.
Lipide übernehmen zentrale Aufgaben in Zellen: Sie sind Bestandteile von Membranen und spielen eine wichtige Rolle bei Signalübertragung und Stofftransport. Ihre Analyse in lebenden Systemen war bislang jedoch eingeschränkt, da klassische Verfahren entweder invasive Probenvorbereitungen erfordern oder keine ausreichende Spezifität bieten.
Die entwickelte hyperspektrale mittel-infrarote optoakustische Mikroskopie nutzt gezielt mehrere Wellenlängen, um charakteristische Absorptionsmuster zu erfassen. Diese entstehen durch molekülspezifische Schwingungen und ermöglichen eine Unterscheidung selbst sehr ähnlicher Lipidklassen. Aus den gemessenen Ultraschallsignalen werden anschließend hochauflösende Karten der Lipidverteilung berechnet.
Validiert wurde die Methode durch den Vergleich mit etablierter Infrarotspektroskopie. Dabei zeigte sich, dass die neuen Messungen nicht nur reproduzierbar sind, sondern erstmals auch direkt in lebenden Zellen durchgeführt werden können – bei gleichzeitig minimaler Belastung des Systems.
Langfristig sehen die Forschenden ein breites Anwendungspotenzial: von der Grundlagenforschung bis hin zu klinischen Fragestellungen. Insbesondere die Entwicklung belastbarer Biomarker, etwa für kardiometabolische Erkrankungen, könnte von der Technologie profitieren und neue Wege in der personalisierten Medizin eröffnen.