Physikalische Chemie mit Schwerpunkt Klinisch-Spektroskopische Diagnostik Prof. Dr. Ute Neugebauer Forschungsschwerpunkte Erforschung neuer optisch-spektroskopischer Methoden und Verfahren für die Charakterisierung von physiologischen Wechselwirkungen bei Infektionen und Sepsis: • Optisch-spektroskopische Methoden und Verfahren zur Charakterisierung der Wirtsantwort • Erforschung spektroskopischer Methoden zur zerstörungsfreien Charakterisierung von Pathogenese-Mechanismen von schwer-behandelbaren Infektionen, insb. intrazelluläre Infektionen • Optisch-spektroskopische Methoden zur Charakterisierung von Wirkstoffwechselwirkungen (u.a. Antibiotika) Immunzellen spielen eine zentrale Rolle in der Abwehr von Krankheitserregern und der Regulation entzündlicher Prozesse. Um das Zusammenspiel der verschiedenen Immunzellsubtypen und -phänotypen in physiologischen und pathologischen Prozessen besser verstehen zu können, ist eine präzise Charakterisierung notwendig. Wir erforschen spektroskopische Methoden, insbesondere Raman-Spektroskopie- und Fluoreszenz-basierte Methoden, die uns marker- und zerstörungsfrei Einblicke in Zelltyp, Zell-Aktivierungszustand, sowie Interaktion der Immunzellen mit Erregern und Umweltmaterialien liefern. Mit Hilfe der Einzelzell-Raman-Bildgebung konnten unterschiedliche Makrophagen-Phänotypen visualisiert und diskriminiert werden, ohne dass Fluoreszenzmarker oder Färbungen notwendig waren. Die Analyse der spektralen UnterschieOptisch-spektroskopische Methoden und Verfahren zur Charakterisierung von Immunzellen de lieferte außerdem wichtige Hinweise zur unterschiedlichen biochemischen Zusammensetzung der Zellen der unterschiedlichen Phänotypen (Abb. 1; [1]). Makrophagen, als professionelle Phagozyten des angeborenen Immunsystems, können nicht nur Krankheitserreger aufnehmen und unschädlich machen, sondern auch Mikroplastik-Partikel. In Raman-3D-Falschfarbenbildern konnten wir die aufgenommen Plastikpartikel direkt in den intakten Zellen visualisieren und mit Fluoreszenzbasierten Methoden quantifizieren [2]. Intraepitheliale Lymphozyten (IELs) sind spezialisierte Immunzellen, die innerhalb der Epithelien von Schleimhäuten, insbesondere im Darm, vorkommen. Aufgrund ihrer speziellen Lage und Funktion sind IELs schwer zu analysieren. Wir konnten zeigen, dass mit Hilfe moderner Hochdurchsatz-Einzelzell-Raman-Spektroskopie spezifische T-Zell-Subpopulationen innerhalb eines größeren Zellpools aus dem Dünndarm markerfrei identifiziert werden können [3]. [1] M. Naumann, N. Arend, R. Guliev, C. Kretzer, I. Rubio, O. Werz, U. Neugebauer (2023): Label-free characterization of macrophage polarization using Raman spectroscopy. Int J Mol Sci. 24(1):824. doi: 10.3390/ijms24010824. [2] A. Roth, A. Tannert, N. Ziller, S. Eiserloh, B. Göhrig, R. R. Guliev, M. J. Gonzalez Vazquez, M. Naumann, A. S. Mosig, S. Stengel, A. R. R. Heutelbeck, U. Neugebauer (2024): Quantification of Polystyrene Uptake by Different Cell Lines Using Fluorescence Microscopy and Label-Free Visualization of Intracellular Polystyrene Particles by Raman Microspectroscopic Imaging. Cells, 2024, 13(5), 454; https:// doi.org/10.3390/cells13050454. [3] R. Guliev, T. Vogler, N. Arend, S. Eiserloh, A. Wiede, T. Kunert, M. Dinkel, J. Popp, I. Schie, K. Hildner, U. Neugebauer (2023): Highthroughput Raman spectroscopy allows ex vivo characterization of intra-epithelial lymphocytes (IEL) from mice with acute intestinal inflammation. Analyst, 148, 1978. https://doi.org/10.1039/ D3AN00074E. 112 — FORSCHUNG Abb. 1. Spektroskopische Charakterisierung von Immunzell-Subpopulationen: Mit Hilfe der RamanSpektroskopie können die verschiedenen MakrophagenPhänotypen ohne weitere Marker unterschieden werden. Bild modifiziert nach Ref. [1].
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