Ein Forschungsteam von Helmholtz Munich und der Technischen Universität München (TUM) hat eine Mikroskopiemethode entwickelt, mit der sich Lipide in lebenden Zellen ohne chemische Markierung unterscheiden und kartieren lassen. Dazu gehören unter anderem Cholesterin und Sphingomyelin. Die Technik nutzt hyperspektrales mittel-infrarotes Licht und optoakustische Detektion, um einen molekularen Fingerabdruck der Lipide zu erzeugen.

Bisher war die Visualisierung bestimmter Lipide in lebenden Zellen schwierig. Herkömmliche Fluoreszenzmikroskopie erfordert für jede Lipidklasse spezifische fluoreszierende Marker, deren Entwicklung aufwendig ist und die die natürliche Funktion der Lipide beeinträchtigen können. Die neue Methode namens HyFOPM (hyperspektrale mittel-infrarote optoakustische Mikroskopie) umgeht diese Probleme.

Das Prinzip: Die Probe wird mit gepulstem mittel-infrarotem Licht bei mehreren Wellenlängen beleuchtet. Bestimmte Lipide absorbieren das Licht, wodurch ein minimaler Temperaturanstieg entsteht, der Ultraschallwellen erzeugt. Diese werden erfasst und in spektrale Bilder umgewandelt. Eine computergestützte Analyse erstellt daraus Karten der Lipidverteilung in der Zelle.

Entscheidend ist die Nutzung der sogenannten Fingerprint-Region im infraroten Spektrum. In diesem Bereich entstehen Absorptionsmuster, die charakteristisch für die molekulare Struktur und räumliche Anordnung der Lipide sind. Dadurch lassen sich selbst chemisch sehr ähnliche Lipidarten wie Glycerophospholipide und Sphingomyelin klar voneinander unterscheiden.

Die Methode belastet die Zellen nur minimal und ermöglicht erstmals markerfreie Messungen direkt in lebenden Zellen. Vergleiche mit der etablierten Infrarotspektroskopie bestätigten die Zuverlässigkeit der erzeugten chemischen Fingerabdrücke.

Die Forschenden sehen langfristig Anwendungen in der Grundlagenforschung sowie in der Medizin. Die Technik könnte helfen, Krankheitsprozesse besser zu verstehen, Stoffwechselaktivitäten zu überwachen und neue Biomarker für Erkrankungen wie das kardiometabolische Syndrom zu identifizieren. Nächste Schritte sind die Beschleunigung der Methode und ihre Erprobung in komplexen zellulären Systemen mit dem Ziel einer späteren Anwendung beim Menschen.

Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Nature Methods“ veröffentlicht. Die Arbeiten wurden von Prof. Vasilis Ntziachristos (Helmholtz Munich und TUM) geleitet. Erstautorin ist Dr. Francesca Gasparin vom Institute of Biological and Medical Imaging bei Helmholtz Munich und der TUM.

Original paper:

Gasparin et al., 2026: Differentiation of sphingomyelin and cholesterol by hyperspectral mid-infrared detection of single-bond vibrational modes in the fingerprint region. Nature Methods. DOI: 10.1038/s41592-026-03025-w

Redaktion: X-Press Journalistenbüro GbR

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