Elke menselijke cel draagt een dun laagje suiker, de glycocalyx, die minder met snoep te maken heeft en meer met een beschermende buitenlaag die voortdurend verschuift en reorganiseert. Onderzoekers van het Max Planck Instituut voor de Wetenschap van Licht (MPL) hebben nu gedetailleerde kaarten van deze suikerstructuren gemaakt met behulp van geavanceerde hoge-resolutiemicroscopie, en hun bevindingen, gepubliceerd in Nature Nanotechnology, suggereren dat veranderingen in de rangschikking van deze suikers op een dag artsen kunnen helpen ziekten zoals kanker op te sporen.
Het team, onder leiding van prof. Leonhard Möckl in de onderzoeksgroep 'Physical Glycosciences', ontwikkelde een techniek genaamd 'Glycan Atlasing'. Met behulp van geavanceerde superresolutiemicroscopie brachten ze de glycocalyx in kaart op het niveau van individuele suikermoleculen in vele soorten cellen, waaronder cellijnculturen, primaire menselijke bloedcellen en weefselmonsters. De resulterende kaarten toonden aan dat de glycocalyx zijn moleculaire rangschikking verandert afhankelijk van de toestand van de cel.
Zo vertoonden immuuncellen bijvoorbeeld andere suikerpatronen na stimulatie, vergelijkbaar met wat er gebeurt tijdens een immuunrespons. Volgens de onderzoekers levert dit het eerste directe bewijs dat de glycocalyx bijna als een beeldscherm functioneert, waarbij informatie over de interne toestand van een cel op het buitenoppervlak wordt weergegeven. Het team ontdekte dat deze nanoscopische suikerpatronen betrouwbaar onderscheid konden maken tussen verschillende cellulaire toestanden, waardoor ze afzonderlijke stadia van kankerontwikkeling konden identificeren, het verschil konden zien tussen geactiveerde en inactieve immuuncellen, en kankereuze gebieden konden onderscheiden van gezonde gebieden in menselijk borstweefsel.
'De resultaten bieden een veelbelovende basis voor de ontwikkeling van toekomstige diagnostische methoden, omdat Glycan Atlasing zelfs in complexe monsters betrouwbare resultaten levert', legt Möckl uit. De onderzoekers zijn nu van plan de methode uit te breiden door extra doelstructuren te analyseren, meer van het proces te automatiseren en veel grotere aantallen monsters te bestuderen, zodat de techniek uiteindelijk kan worden aangepast voor routinematig medisch gebruik. 'In grootschalige studies willen we onderzoeken welke oppervlaktepatronen geassocieerd zijn met specifieke ziekteverlopen of therapeutische reacties en hoe celtoestanden vroeg en objectief via het oppervlak kunnen worden gedetecteerd', zegt Möckl.