Jahresbericht 2018-2019

Professur für Klinisch-Spektroskopische Diagnostik Prof. Dr. Ute Neugebauer Forschungsschwerpunkte Erforschung neuer spektroskopischer Methoden und Verfahren für die Charakterisierung von physiologischen Wechselwirkungen bei Infektionen und Sepsis  Schwerpunkt 1: Optisch-spektroskopische Methoden und Verfahren zur Charakterisierung der Wirtsantwort auf Stimuli, z. B. der Immunantwort von Leukozyten  Schwerpunkt 2: Optisch-spektroskopische Methoden zur schnellen Bestimmung von Antibiotikaresistenzen  Schwerpunkt 3: Erforschung spektroskopischer Methoden zur Erforschung von Pathogenese- mechanismen von schwer-behandelbaren Infektionen, insb. intrazelluläre Infektionen. 72 — FORSCHUNG Als Antwort auf eine Infektion kommt es im Wirtsorganismus zu verschiedenen Reaktionen. Das Immunsystem wird aktiviert; bei schweren Infektionsverläufen kann es durch die Wirkung von Pathogentoxinen und durch eine unkontrol- lierte, überschwängliche körpereigene Immunant- wort sowie durch Nebenwirkungen von Medika- menten zu Organschäden bis hin zu einer Sepsis kommen. Wichtige Zellen des Immunsystems sind die Leukozyten. Sie bekämpfen durch Phagozytose oder mit Antikörpern eindringende Erreger und koordinieren die spezifische und unspezifische Immunantwort. In definierten in-vitro Stimulati- onsexperimenten konnten wir die Reaktion von Monozyten auf den bakteriellen Zellwandbe- standteil Lipopolysaccharid (LPS) zeitaufgelöst, marker- und zerstörungsfrei mithilfe der Raman- Spektroskopie verfolgen. Die spektralen Verände- rungen lassen sich gut mit den biologischen Ver- Charakterisierung der Wirtsantwort mit optisch-spektroskopischen Methoden und Verfahren änderungen in der Zelle erklären (Abb. 1, [1]). Das spektroskopische Verfahren lässt sich auch auf Immunzellen übertragen, die nach einer in- vivo Stimulation im Mausmodel gewonnen wur- den [2]. Mithilfe der Fluoreszenz-Spektroskopie können der Einfluss kleiner Signalmoleküle (z. B. Häm) auf die Vasokonstriktion untersucht wer- den. Häm kann bei systemischer Entzündung und Sepsis freigesetzt werden und dann die Or- ganfunktion (z. B. in der Leber) beeinflussen [3]. [1] N. Töpfer, et al. (2019): Raman spectroscopy reveals LPS-induced changes of biomolecular composition in monocytic THP-1 cells in a label-free manner. Integrative Biology 11(3), 87–98. [2] A. Ramoji, et al. (2019): Raman spectroscopy follows time- dependent changes in T lymphocytes isolated from spleen of endotoxemic mice. ImmunoHorizons, 3 (2) 45-60. [3] F. A. Englert, et al. (2019): Labile Heme Impairs Hepatic Microcirculation and Promotes Hepatic Injury. Archives of Biochemistry and Biophysics 672, 108075. Abb. 1. Raman-spektroskopisches Tracking der Stimu- lation von THP-1-Monozyten mit dem Endotoxin Lipo- polysaccacharid (LPS). Die Zellen wurden für 1 h, 3 h, 8 h und 16 h LPS aus Gram-Negativen Bakterien ausgesetzt. Proinflammatorische Reaktionen, die durch die LPS-Behandlung hervorgerufen wurden, spiegeln sich auf transkriptioneller Ebene wider (z. B. TNF Expression unten rechts) und können marker- und zerstörungsfrei mithilfe der Raman-Spektroskopie verfolgt werden. Spektrale Unterschiede zwischen den nicht stimulierten und stimulierten Zellen können durch die chemometrische Analyse aufgedeckt werden (oben rechts), aber auch in spektralen Falschfarbenbildern (mitte unten) visualisiert werden (adaptiert nach Töpfer et al. 2019, Integrative Biology).