A3 – Gewebedifferenzierung mittels epigenetischer Veränderungen in der Raman-Mikrospektroskopie

Bei krankhaften Gewebeveränderungen spielen häufig epigenetische Veränderungen eine Rolle. DNA-Methylierungen und Histonmodifikationen sind dynamische Regulatoren der Proliferation und des Zellverhaltens und haben damit Einfluss auf die Gewebemorphologie in der Pathogenese, Diagnostik und Prävention/Therapie unterschiedlicher onkologischer Erkrankungen.
Im Vergleich zu gesunden Zellen weißen Tumorzellen ein verändertes epigenetisches Profil auf. Dabei sind DNA-Methylierungen in malignen Tumoren bisher am besten untersucht. Tumorzellen zeigen vielfach sogenannte Hypomethylierungen von Genpromotor-Regionen, was zu einer Aktivierung der betroffenen Gene führt. Das DNA-Methylierungsprofil kann für die Pathogenese, Diagnostik und Therapie der individuellen Tumorerkrankung wesentlich sein. Neuartige Therapiemethoden, die das dynamische epigenetische Netzwerk von malignen Zellen gezielt mmodulieren, haben großes Potential zukünftig in der Differenzierung onkologischer Gewebe eingesetzt zu werden.

Neue Methoden zur Identifikation und Analyse von zellspezifischen DNA-Methylierungsprofilen würden zum Verständnis der Pathogenese und Diagnostik onkologischer Erkrankungen beitragen und können die Entwicklung neuer Therapien unterstützen. Die Problematik hierbei besteht darin, dass etablierte Methoden zur Untersuchung von epigenetischen Veränderungen bisher sehr zeitaufwendig sind und den Aufschluss des Gewebes sowie die Isolation der zellulären DNA benötigen. 

Die Raman-Spektroskopie ist ein nichtinvasives Analyseverfahren, bei dem molekulare Veränderungen auf Einzelzellebene untersucht werden können. Laserlicht wird hier zur Anregung von spezifischen Molekülschwingungen genutzt, wodurch die spezifische Raman-Streuung detektiert werden kann. Chemische und strukturelle Veränderungen
lassen sich mittels Raman-Spektroskopie so in situ und in Echtzeit in hoher Auflösung (bis ca. 200 nm) verfolgen. Eigene Vorarbeiten weisen auf die Möglichkeit der nichtinvasiven und markerfreien Analyse von epigenetischen Veränderungen, wie zum Beispiel der Differenzierung zwischen methylierten und unmethylierten DNA-Bereichen hin (siehe Abbildung). Bisher sind Veränderungen von Nukleinsäure-Strukturen mittels Raman-Mikrospektroskopie weder in situ an Zellkulturen noch an Geweben erforscht.

Momentan wird in Cooperation mit Projekt C2 an einem Endometrioseprojekt gearbeitet. Ziel ist es hierbei Drüsen des gesunden Endometriums mit Drüsen von Endometriosepatientinnen auf molekularer Ebene über Raman-Spektroskopie zu untersuchen. Auf Grundlage der Raman-Daten zwischen gesundem und erkranktem Gewebe soll so ein Klassifizierungsmodell erstellt werden, welches intraoperativ zur Gewebeerkennung verwendet werden könnte.