Wissenschaftler des Massachusetts Institute of Technology haben ein Verfahren vorgeschlagen, mit dem sich alternde Zellen in lebendem Gewebe erkennen lassen, ohne sie zu zerstören. Die Methode kombiniert Raman-Mikroskopie, die die chemische Zusammensetzung der Zellen anhand des Spektrums des reflektierten Lichts ausliest, mit Genexpressionsdaten und maschinellem Lernen. Das Ergebnis ist ein einzigartiger „Strichcode“ – eine Reihe spektraler Merkmale, anhand derer sich „Zombie-Zellen“ von gewöhnlichen unterscheiden lassen.
Mit dem Alter sammeln sich im Organismus Zellen an, die aufgehört haben, sich zu teilen, aber nicht abgestorben sind. Sie geben entzündliche Signale ab und begünstigen die Entstehung von Krebs, Fibrose und anderen Altersstörungen. Klassische Marker wie die Proteine p16 und p21 erfordern eine Fixierung und Zerstörung der Probe, weshalb sie sich nicht für eine Diagnose zu Lebzeiten eignen. Der neue Ansatz löst dieses Problem: Das Raman-Spektrum erfasst Veränderungen in Lipiden und anderen Molekülen, ohne in die Zelle einzugreifen.
Die Forscher verglichen Haut- und Lungengewebe junger und alter Mäuse. In den alten Proben nahmen die Synthese und Anreicherung von Lipiden deutlich zu, und in der Haut verstärkten sich die Signalwege, die mit Muskelkontraktion und dem Umbau der extrazellulären Matrix zusammenhängen. In der Lunge wurden Gene der Immunantwort und der Entzündung aktiviert. Diese biochemischen Verschiebungen bildeten die Grundlage des Trainingsdatensatzes für den Algorithmus.
Das maschinelle Lernen filterte aus Tausenden spektraler Peaks einige Schlüsselpeaks heraus, die am engsten mit dem Zustand der Zellalterung korrelieren. Nun genügt es nach der Vorstellung der Autoren, das Spektrum in einigen charakteristischen Bereichen aufzuzeichnen, um mit hoher Wahrscheinlichkeit festzustellen, ob eine Zelle in den seneszenten Zustand eingetreten ist. Die Methode wurde bisher nur an Mäusen und unter Laborbedingungen getestet.
Der Vorteil des Ansatzes liegt auf der Hand: Er erfordert keine Biopsie und könnte künftig die Dynamik der Anreicherung von Zombie-Zellen in Echtzeit verfolgen. Allerdings sind die Daten auf Tiermodelle beschränkt, und eine Übertragung auf den Menschen würde eine Prüfung an menschlichem Gewebe und klinische Studien erfordern. Zudem ist die Raman-Mikroskopie noch kein Routineinstrument in der Klinik – die Geräte sind teuer und erfordern eine spezielle Ausbildung.
Sollte die Methode ihre Zuverlässigkeit bestätigen, könnte sie die Vorstellung davon verändern, wie das biologische Alter von Geweben gemessen wird. Statt indirekter Blutmarker oder zerstörender Proben wird es möglich sein, den Zustand der Zellen direkt und nichtinvasiv „auszulesen“. Das bringt den Moment näher, in dem Therapien, die auf die Entfernung oder Verjüngung alternder Zellen abzielen, auf präzise, individuelle Daten über deren Verteilung im Organismus zurückgreifen können.
