Neues zur Differenzierung von Stammzellen

Die CARS-Methode (kohärente Anti-Stokes-Raman-Streuung) ist eine neue Multiphotonen-Mikroskopie-Technik, die zur direkten Beobachtung endogener Biomoleküle geeignet ist und sich durch hohe chemische Spezifität auszeichnet. Vor allem bietet sich das Bildgebungsverfahren für die nicht-invasive Beobachtung der Differenzierung lebender Stammzellen in Echtzeit an. Das EU-finanzierte Projekt CARSFORSTEM sollte die CARS-Technologie für die Beobachtung lebender Stammzellen während der Differenzierung weiterentwickeln und anpassen.

Entwickelt wurde ein Verfahren zur quantitativen chemischen Bildgebung, von der Datenerfassung mit hyperspektraler CARS bis zur automatischen Analyse und Darstellung ortsaufgelöster absoluter Konzentrationen von chemischen Komponenten. Die entwickelte Methode erwies sich als geeignet für die quantitative chemische Auswertung von CARS-Hyperspektralaufnahmen von Proben aus verschiedensten Untersuchungsbereichen. Insbesondere konnte damit untersucht werden, wie gesättigte und ungesättigte Lipide von Stammzell-derivierten Adipozyten aufgenommen werden.

Die Methode der Hyperspektralanalyse bewährte sich als wichtiges Instrument zur Analyse von CARS-Markern bei der Differenzierung embryonaler Mausstammzellen (mES). Die Forscher enthüllten mittels CARS-Hyperspektralanalysen an mES-Zellen, die sich zu Adipozyten differenzieren, subzelluläre Strukturen, die sich in ihrer chemischen Zusammensetzung vom Cytosol unterscheiden. Offenbar enthalten solche Strukturen das Fettsäurebindungsprotein 4, welches den Fettsäuretransfer zwischen extra- und intrazellulären Membranen von Adipozyten ermöglicht. Dies ist ein erster Schritt zur Enthüllung des Differenzierungswegs einer Stammzelle mit markierungsfreier Mikroskopietechnik, noch bevor eine morphologische Veränderung stattfindet.

Abschließend entwickelte das Projekt ein hochdurchsatzfähiges, mikroskopisches, markierungsfreies chemisches High-Content-Bildgebungsverfahren. Die Studie wird die Anwendbarkeit der Stammzelltechnologie zur Behandlung einer Reihe von Krankheiten beschleunigen und gibt neuen Aufschluss über grundlegende Mechanismen des zellulären Fettstoffwechsels.