Impedanz als neuartiger Biomarker für Atrophie und Hypertrophie von Myotuben - gemessen mit dem xCELLigence System von Roche

(PresseBox) (Mannheim, ) Bei der Suche nach Wirkstoffen, die Muskelatrophie verhindern oder Muskelhypertrophie fördern können, ist die Beobachtung der Dicke von Myotuben ein direkter, physiologischer und neutraler Ansatz. In einer kürzlich veröffentlichen Studie (1) verwendeten Rakhilin et al. das xCELLigence System von Roche (SIX: RO, ROG; OTCQX: RHHBY), mit dem die Impedanz, ein durch die Zellen beeinflusster elektrischer Parameter, gemessen wird, als neuartige Methode zur Messung der Myotubendicke. Sie behandelten Myotuben mit Substanzen, die Atrophie oder Hypertrophie auslösen, und konnten zeigen, dass sowohl qualitative als auch quantitative Veränderungen der Impedanz als Funktion der Zelladhäsion in Echtzeit gut mit den Veränderungen der Myotubendicke korrelierten. Durch pharmakologische Hemmung der Hypertrophie der Myotuben konnten die Impedanzänderungen dagegen verhindert werden. Laut der Studie kann die Impedanz als verlässlicher und empfindlicher Biomarker für Atrophie und Hypertrophie von Myotuben verwendet werden. Die Anwendung dieses Biomarkers könnte sich als vorteilhaft erweisen bei der Suche nach neuen pharmazeutischen Wirkstoffen, mit denen Muskelatrophie verhindert werden kann oder mit denen andere Krankheiten, die mit Veränderungen der Zellmorphologie einhergehen behandelt werden könnten.

Bislang war eine genaue Abschätzung der Zelldicke bei diesen Untersuchungen aus einer Reihe von Gründen problematisch. Ein Grund ist die extreme Heterogenität der Myotuben, die dazu führt, dass die reagierenden Myotuben nicht regelmäßig verteilt sind. Ein weiterer Grund ist die konfluente Zellschicht, die ausdifferenzierte Myotuben bilden und die eine Bestimmung der Parameter von Einzelzellen schwierig werden lässt. Außerdem sind die von den meisten Substanzen ausgelösten Änderungen der Zelldicke relativ klein (kleiner als zweifach) und daher statistisch nur schwer nachweisbar. Die Messung der Impedanz löst diese Probleme und bietet eine verlässliche Methode zur Bestimmung der Zelldicke.

Rakhilin et al. verfolgten bei C2C12-Myotuben die Änderung der Impedanz in Echtzeit mit dem xCELLigence System von Roche (früher 'RT-CES' von ACEA Biosciences, Inc., San Diego, USA). In dem System wurden die Zellen in einer 96-Well-Platte kultiviert, in deren Böden ein Elektrodenarray auf einer Glasoberfläche aufgebracht ist. Im Betrieb wird die 96-Well-Platte auf das Gerät gesetzt und in einen CO2-Inkubator gestellt. Die Änderung der Impedanz wird von einem Computer im Abstand von einigen Minuten, je nach Programmeinstellung, analysiert.

Die molekularen Mechanismen bei der Adhäsion von Myotuben sind recht komplex. Wahrscheinlich spielen sowohl vorübergehende kurzfristige Vorgänge (0-20 h) durch die Aktivierung von G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCR) eine Rolle als auch relativ stabile langfristige Vorgänge (> 20 h). Rakhilin et al. untersuchten die Veränderung des Durchmessers der C2C12-Myotuben aufgrund einer durch IGF-1 ausgelösten Hypertrophie, die 20 bis 48 Stunden nach der Behandlung der Zellen ihren Höhepunkt erreicht. Während dieses Zeitraums korrelierte die Änderung der Myotubendicke perfekt mit der Änderung des Zellindex, welcher anhand der Impedanz berechnet wird. Außerdem führte eine Hemmung der IGF-1-induzierten Hypertrophie der C2C12-Zellen mit Rapamycin zu einer Senkung der Impedanz, was ebenfalls auf einen direkten Zusammenhang zwischen Zelldicke und Impedanz schließen lässt. Dass die Impedanz nicht vollständig gehemmt wurde, lässt sich vielleicht dadurch erklären, dass der IGF-1-Signalweg nicht vollständig über mTOR allein blockiert werden kann. Die Ergebnisse zeigen, dass man die Impedanzänderungen im Zeitraum von 20 bis 48 Stunden nach Behandlung als Biomarker für die Myotubendicke verwenden kann.

(1) S. Rakhilin, G. Turner, M. Katz, R. Warden, J. Irelan, Y. A. Abassi and D. J. Glass: Electrical Impedance as a Novel Biomarker of Myotube Atrophy and Hypertrophy. J Biomol Screen. Onlineveröffentlichung 14. April 2011. DOI: 10.1177/1087057111401392.

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