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Wie Zellen Coenzym Q10 aufnehmen
Gesundheit und Medizin
Untersuchung der Aufnahme von Coenzym Q10 durch Zellen – eine neue Sichtweise mit Röntgenaugen
Forschenden der Universität Hamburg ist es erstmals gelungen, mithilfe modernster Röntgenfluoreszenz-Bildgebung (XRF) am DESY-Synchrotron PETRA III zu visualisieren und zu quantifizieren, wie Zellen Coenzym Q10 – ein für die Energieproduktion und antioxidative Abwehr wichtiges Molekül – aufnehmen. Dieser Durchbruch zeigt nicht nur, wie Q10 in Zellen gelangt, sondern stellt auch ein leistungsstarkes, nicht-invasives Werkzeug zur Untersuchung der Verteilung anderer Biomoleküle und Medikamente dar.
Coenzym Q10, auch Ubichinon genannt, ist für den zellulären Energiestoffwechsel unerlässlich und schützt Gewebe wie beispielsweise die Haut vor oxidativem Stress. Dennoch ist seine Aufnahme in die Zellen nach einer Supplementierung bislang weitgehend ungeklärt.
Herkömmliche Bildgebungsverfahren wie PET oder SPECT können Moleküle in ganzen Organismen verfolgen, verfügen jedoch nicht über die erforderliche Auflösung, um das Innere einzelner Zellen zu betrachten. Andere Ansätze wie ICP-MS liefern zwar diese Details, zerstören dabei jedoch die Probe.
Hier kommt die XRF-Bildgebung bei PETRA III ins Spiel, die sowohl eine hohe räumliche Auflösung als auch eine zerstörungsfreie Analyse bietet. Durch den Einsatz der intensiven, präzise abgestimmten Röntgenstrahlen der Anlage erreichten die Forscher eine Empfindlichkeit, die es endlich ermöglichte, die Q10-Aufnahme in lebenden Zellen zu quantifizieren.
Um den Verbleib von Q10 nachzuverfolgen, stellte das Team eine mit Jod markierte Version des Coenzyms Q10 (I₂-Q10) her und führte sie in menschliche Hautzellen (Keratinozyten) ein. Nach Bestätigung durch ergänzende XRF-Experimente:
- An der Beamline P21.1 wurden ganze Zellpellets gescannt, wobei sich zeigte, dass sich I₂-Q10 in bestimmten Bereichen innerhalb der einzelnen Zellen anreicherte – mit einem Aufnahmesignal, das etwa dreimal stärker war als das der Kontrollproben.
- An der Beamline P06 wurde eine subzelluläre Kartierung mit Nanometerauflösung durchgeführt. So konnten die Forschenden genau bestimmen, wo sich Q10 innerhalb der Zelle befindet, und nahtlos zwischen groben und feinen Scans wechseln, um Hunderte von Zellen effizient zu kartieren.
Das Ergebnis: ein klares, quantitatives Bild der Reise von Q10 in und durch die Zelle – etwas, das zuvor mit keiner anderen Technik erreicht worden war.
Diese Studie zeigt, dass die synchrotronbasierte XRF-Bildgebung die Verteilung von Biomolekülen in Zellen präzise verfolgen kann, ohne diese zu zerstören. Der Ansatz ebnet den Weg für die Untersuchung der Wirkstofffreisetzung, Bioverfügbarkeit und der Funktionen des Stoffwechsels in bisher unerreichter Detailgenauigkeit.
Mit hohem Photonenfluss und flexiblen Strahlführungskonfigurationen bietet PETRA III eine einzigartige Plattform, um das Verhalten von Molekülen in lebenden Systemen zu erforschen – und ermöglicht damit Durchbrüche sowohl in der biomedizinischen Forschung als auch in der pharmazeutischen Innovation.
