3D statt 2D: Neue Untersuchungstechnik von Mitochondrien in Herzmuskelzellen

[19.11.2021] Mitochondriale Dysfunktionen spielen eine wichtige Rolle in kardiovaskulären Erkrankungen. Bisher wird die zweidimensionale (2D) Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) zur Untersuchung mitochondrialer Veränderungen verwendet. Nun konnten die Forscher:innen der Medizinischen Fakultät der Universität Duisburg-Essen zeigen, dass 3D-Analysen im Nanobereich der konventionellen 2D-TEM-Analyse weit überlegen sind.

„Wir haben uns die Frage gestellt, ob die routinemäßig verwendete 2D-TEM-Analyse der Kardiomyozyten-Ultrastruktur wirklich ausreicht, um das mitochondriale Kompartiment umfassend zu beschreiben. Wichtige Parameter in diesem Zusammenhang sind Anzahl, Größe, Formkomplexität, Verteilung und Morphologie und wir haben vermutet, dass diese mitochondrialen Merkmale durch eine zweidimensionale Messmethode nicht genau wiedergegeben werden können“, sagt PD Dr. Ulrike Hendgen-Cotta, Leiterin der CardioscienceLabs der Klinik für Kardiologie und Angiologie, die mit ihrer Arbeitsgruppe unter anderem Möglichkeiten zur Kardioprotektion erforscht, speziell in Hinblick auf mitochondriale Schäden der Herzmuskelzellen.
Bei der kürzlich im „Journal of Cachexia Sarcopenia Muscle“ veröffentlichten Studie kam eine neue 3D-Nanographietechnik zum Einsatz: FIB-SEM. Bei der FIB-SEM wird eine Rasterelektronenmikroskopie mit fokussierter Ionenstrahltechnologie kombiniert. Die durchgeführten Untersuchungen an Mitochondrien in Herzmuskelzellen zeigten deutlich, dass die 2D-Analyse mittels TEM die Anzahl, Dynamik, Verteilung und Morphologie der Mitochondrien nicht ausreichend widerspiegelt. Da die Dreidimensionalität des mitochondrialen Netzwerks bei der konventionellen Methode nicht berücksichtigt wird, gehen wichtige Informationen verloren.
Durch die 3D-Analyse mittels FIB-SEM konnten die Wissenschaftler:innen mitochondriale Heterogenitäten finden, die neue Erkenntnisse über die mögliche Rolle von BNIP3, eines mitochondrialen Regulatorproteins in der kardialen Pathologie liefern. Hendgen-Cotta und ihre Mitarbeiter:innen hoffen, durch diese neue, verbesserte Methode weitere Erkenntnisse gewinnen zu können: „Es gibt bisher keine therapeutischen Ansätze um mitochondriale Schäden zu verhindern oder diese zu reparieren, obwohl sie eine große Rolle bei kardiovaskulären Erkrankungen spielen. Je besser wir diese Schäden auf zellulärer Ebene analysieren und verstehen können, desto wahrscheinlicher wird die Entwicklung einer kardioprotektiven Therapie“, sagt PD Dr. Ulrike Hendgen-Cotta.

Link zur Originalveröffentlichung:
Superiority of focused ion beam-scanning electron microscope tomography of cardiomyocytes over standard 2D analyses highlighted by unmasking mitochondrial heterogeneity