FORSCHUNG — 113 Osteomyelitis, häufig verursacht durch Staphylococcus aureus, ist eine schwer behandelbare Knocheninfektion. Wir verwendeten Fluoreszenz-Bildgebung und Raman-Spektroskopie, um infektions-assoziierte Gewebeveränderungen im Knochen zu charakterisieren und weitere Informationen über den bakteriellen Erreger im Knochen zu gewinnen. Dazu wurde ein Mausmodell für hämatogene S. aureusOsteomyelitis verwendet, in dem sechs Wochen nach der Infektion eine Knochendeformation im Becken in den Röntgenaufnahmen sichtbar war. In den Fluoreszenz-Bildern konnten chronische Infektionen mit Knochen- und Weichteilveränderungen sowie entzündliche Infiltrate nachgewiesen werden (Abb. 2a). Die Bakterien bildeten Abszesse und waren teils intrazellulär (Abb. 2b; [4]). Für die Analyse der Fluoreszenzbilder wurde die OpenSource-Anwendung Findaureus entwickelt, die mit einer hohen Genauigkeit in 3D Scans von Gewebeproben mit fluoreszenzmarkierten S. aureus die Bakterien lokalisieren und quantifizieren kann [5]. Die Raman-Spektroskopie zeigte einen reduzierten Stoffwechsel der Bakterien im Knochen [4]. Spektroskopischer Methoden zur Charakterisierung von schwer-behandelbaren Infektionen: Osteomyelitis Abb. 2. Immunfluoreszenz von Kryoknochenschnitten (blau: Zellkerne (DAPI); rot: Aktin-Zytoskelett (I555Phalloidin), grün: S. aureus (Antikörper AF488), rosa: Überlagerung von Zellkernen und Aktin-Zytoskelett). a) Übersichtsbild eines Querschnitts durch den Beckenkamm. b) Orthogonale Ansicht eines Makrophagen mit phagozytierten Bakterien. Bild adaptiert von Ref. [4]. IMAGE-IN hat Infektionen aus verschiedenen Blickwinkeln untersucht, von der klinischen Routine-Bildgebung, bis hin zu neuen komplexen Bildgebungstechnologien und dazugehörigen statistischen Auswertealgorithmen und Softwarelösungen. Das Netzwerk profitierte von einem regen Austausch zwischen den beteiligten Sektoren Forschung, Industrie und Medizin. Abb. 4. Im Netzwerk IMAGE-IN wurden Infektionen auf verschiedenen Bildgebungsskalen untersucht. Bild: AG Neugebauer Spektroskopischer Methoden zur Charakterisierung von schwer-behandelbaren Infektionen: Mischinfektionen Abb. 3. Links: Patientenurinproben. Rechts: RamanMittelwertspektren von Gram-positiven Bakterien (rot) und Gram-negativen Bakterien (schwarz) zeigen charakteristische Unterschiede. Bild adaptiert von Ref. [6]. Harnwegsinfektionen gehören zu den häufigsten nosokomialen Infektionen. In einer Studie wurde die Raman-Spektroskopie zur schnellen Identifizierung von Bakterien in klinischen Real-Urinproben eingesetzt. 59 Primärurinproben wurden erfolgreich analysiert, davon zeigten 29 Proben eine Mischinfektionen (Abb. 3; [6]). [6] K. Aubrechtová Dragounová, O. Ryabchykov, D. Steinbach, V. Recla, N. Lindig, M. J. Gónzalez Vázquez, S. Foller, M. Bauer, T. W. Bocklitz, J. Popp, J. Rödel, U. Neugebauer (2023): Identification of bacteria in mixed infection from urinary tract of patient’s samples using Raman analysis of dried droplets. Analyst, 148, 3806 - 3816. DOI: 10.1039/ d3an00679d [4] S. Mandal, A. Tannert, C. Ebert, R. R. Guliev, Y. Ozegowski, L. Carvalho, B. Wildemann, S. Eiserloh, S. M. Coldewey, B. Löffler, L. Bastião Silva, V. Hoerr, L. Tuchscherr, U. Neugebauer (2023): Insights into S. aureus-induced bone deformation in a mouse model of chronic osteomyelitis using fluorescence and Raman imaging. Int J Mol Sci. 24, 9762. https://doi.org/10.3390/ijms24119762 [5] S. Mandal, A. Tannert, B. Löffler, U. Neugebauer, L. B. Silva (2024): Findaureus: An open-source application for locating Staphylococcus aureus in fluorescence-labelled infected bone tissue slices. PLOS ONE 19(1), e0296854. https://doi.org/10.1371/JOURNAL.PONE.0296854 Marie Sklodowska Curie Europäisches Ausbildungsnetz „IMAGE-IN: Imaging Infections“ erfolgreich beendet
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