Metall in Zellen

Forschende entwickeln Methode zur Messung von Metallkonzentrationen für die Früherkennung von Parkinson

Forschende um Malte Brammerloh und Evgeniya Kirilina vom Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften in Leipzig beschreiben eine neue Technik zur Messung der magnetischen Eigenschaften von Metallen in Zellen. Die Methode bietet ein leistungsfähiges Werkzeug, um zu untersuchen, wie die Ansammlung von Metallen in Zellen zu bestimmten Krankheiten wie Parkinson und Alzheimer beiträgt.

Metalle wie Eisen sind für zelluläre Prozesse unverzichtbar, aber in hohen Konzentrationen oder in bestimmten chemischen Formen erzeugen sie freie Radikale, die zu zellulären Schäden führen können. Dopaminerge Neuronen im menschlichen Gehirn beispielsweise verwenden Eisen zur Synthese des Neurotransmitters Dopamin, degenerieren aber, wenn der zelluläre Eisenspiegel zu hoch wird. Die Messung von Metallkonzentrationen und ihrer chemischen Form direkt in den Zellen ist daher entscheidend für das Verständnis der Rolle von Metallen in der Zellphysiologie.

In ihrem Forschungsartikel stellen Malte Brammerloh und sein Team eine neue Technik der sogenannten In-Cell-Magnetometrie vor, mit der sie die magnetischen Eigenschaften von Metallen direkt in Zellen messen und die chemische Form der Metallbindung untersuchen können.

Mithilfe der Magnetresonanztomographie mit mikroskopischer Auflösung, die am Universitätsklinikum Jena durchgeführt wurde, maßen die Forschenden winzige Magnetfeldstörungen um jede Zelle, die durch paramagnetische Metalle im Zellkörper hervorgerufen werden. „Wir haben dann ein biophysikalisches Modell verwendet, um die magnetischen Momente der Zellen auf der Grundlage dieser Messungen zu bestimmen. Durch den Vergleich mit dem Metallgehalt, den wir mit Ionenstrahlmikroskopie und Röntgenfluoreszenz bei unserem Kooperationspartner DESY in Hamburg gemessen haben, konnten wir die Empfindlichkeit des Metalls bestimmen. Wir konnten zeigen, dass das Eisen im Neuromelanin überwiegend in einer neurotoxischen Form von einzelnen Eisen-Ionen gespeichert ist", sagt Malte Brammerloh, Erstautor der Studie.

Evgeniya Kirilina, Gruppenleiterin am Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften, ergänzt: „Unsere Methode gibt wertvolle Einblicke in die magnetischen Eigenschaften von Metallen in Zellen und wirft ein Licht auf deren Zellchemie. Sie kann genutzt werden, um die Rolle von Metallen bei Krankheiten zu untersuchen, die mit einer Anhäufung von Metallen im Körper verbunden sind, wie etwa Parkinson und Alzheimer. Unsere Ergebnisse haben auch das Potenzial, eine frühzeitige Erkennung der Neurodegeneration bei der Parkinson-Krankheit zu ermöglichen, bevor die motorischen Symptome auftreten.“