Wissenschaftler kartieren die Zuckerhüllen Ihrer Zellen und stellen fest: Sie sind im Wesentlichen kleine Werbetafeln für Krankheiten

Jede menschliche Zelle trägt eine dünne Zuckerschicht namens Glykokalyx, die weniger mit Süßigkeiten zu tun hat, sondern eher mit einer schützenden Außenhülle, die sich ständig verändert und neu organisiert. Forscher am Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts (MPL) haben nun mithilfe hochauflösender Mikroskopie detaillierte Karten dieser Zuckerstrukturen erstellt. Ihre in Nature Nanotechnology veröffentlichten Ergebnisse deuten darauf hin, dass Veränderungen in der Anordnung dieser Zucker eines Tages Ärzten helfen könnten, Krankheiten wie Krebs zu erkennen.

Das Team um Prof. Leonhard Möckl in der Forschungsgruppe „Physikalische Glykowissenschaften“ entwickelte eine Technik namens „Glykan-Atlanten“. Mit hochmoderner Super-Resolution-Mikroskopie kartierten sie die Glykokalyx auf der Ebene einzelner Zuckermoleküle in vielen Zelltypen, darunter Zellkulturlinien, primäre menschliche Blutzellen und Gewebeproben. Die resultierenden Karten zeigten, dass die Glykokalyx ihre molekulare Anordnung je nach Zustand der Zelle ändert.

So zeigten Immunzellen nach Stimulation unterschiedliche Zuckermuster, ähnlich wie bei einer Immunantwort. Laut den Forschern liefert dies den ersten direkten Beweis dafür, dass die Glykokalyx fast wie ein Display funktioniert, das Informationen über den inneren Zustand einer Zelle auf ihrer Außenfläche anzeigt. Das Team fand heraus, dass diese nanoskaligen Zuckermuster zuverlässig zwischen verschiedenen Zellzuständen unterscheiden konnten, sodass sie verschiedene Stadien der Krebsentwicklung identifizieren, aktivierte von inaktiven Immunzellen unterscheiden und Krebsregionen von gesunden Regionen in menschlichem Brustgewebe unterscheiden konnten.

„Die Ergebnisse liefern eine vielversprechende Grundlage für die Entwicklung zukünftiger Diagnosemethoden, da Glykan-Atlanten auch in komplexen Proben zuverlässige Ergebnisse liefern“, erklärt Möckl. Die Forscher planen nun, die Methode zu erweitern, indem sie zusätzliche Zielstrukturen analysieren, mehr Prozesse automatisieren und deutlich größere Probenzahlen untersuchen, damit die Technik schließlich für den routinemäßigen medizinischen Einsatz angepasst werden kann. „In groß angelegten Studien wollen wir untersuchen, welche Oberflächenmuster mit bestimmten Krankheitsverläufen oder Therapieansprechen verbunden sind und wie Zellzustände frühzeitig und objektiv über die Oberfläche erkannt werden können“, sagt Möckl.