Neue leuchtende Proteine für tiefere Einblicke ins Gewebe
Dresdner Forschende vom NCT/UCC haben gemeinsam mit einem internationalen Team Proteine entwickelt, die im Körper leuchten. Mit Licht, das tiefer ins Gewebe reicht als je zuvor. Die Entdeckung könnte helfen, Krebszellen während einer Operation gezielter aufzuspüren.
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Prof. Oliver Bruns (l.) und Dr. Bernardo Arús forschen am NCT/UCC Dresden an Proteinen, die im Körper leuchten. © Michael Kretzschmar/UKD
Viele Vorgänge im Körper bleiben selbst mit modernen Bildgebungsverfahren verborgen. Forschende des Nationalen Centrums für Tumorerkrankungen (NCT/UCC) Dresden waren nun an einer internationalen Studie beteiligt, die neuartige fluoreszierende Proteine entwickelt hat. Sie könnten künftig helfen, biologische Prozesse auch in tiefer liegenden Gewebeschichten sichtbar zu machen.
An der Studie war unter anderem der Chemie-Nobelpreisträger David Baker beteiligt, der 2024 für seine Arbeiten zum computergestützten Proteindesign ausgezeichnet wurde. Gemeinsam entwickelte das internationale Team Proteine, die es in dieser Form in der Natur nicht gibt.
Licht für tiefere Einblicke
Fluoreszierende Proteine sind winzige Eiweißmoleküle, die Forschende als Markierungen einsetzen können. Sie machen biologische Strukturen sichtbar, die sonst verborgen bleiben würden.
Die neuen Moleküle leuchten nicht im sichtbaren Licht, sondern im Nahinfrarot- und Kurzwelleninfrarotbereich. Diese Lichtwellen kann das menschliche Auge nicht sehen. Sie dringen jedoch tiefer ins Gewebe ein und erzeugen weniger störende Hintergrundsignale. Dadurch lassen sich biologische Strukturen empfindlicher darstellen.
"Dank computergestützten Proteindesigns und maßgeschneiderter Farbstoffe gelang es uns erstmals, Proteine zu entwickeln, die im NIR- und SWIR-Bereich fluoreszieren", erklärt Dr. Bernardo Arús, Mitarbeiter in der Forschungsgruppe von Professor Oliver Bruns am NCT/UCC Dresden. Die Proteine wurden also nicht entdeckt, sondern vollständig am Computer entworfen. Ihre Fähigkeit, im Nahinfrarot- und Kurzwelleninfrarotbereich zu leuchten, kommt in natürlichen Proteinen bislang nicht vor.
Neue Möglichkeiten für die Bildgebung
Eines der beiden neu entwickelten Proteine leuchtet besonders stark im fernroten Bereich. Das andere reicht mit seiner Fluoreszenz sogar bis in den kurzwelligen Infrarotbereich hinein. In Zellkultur- und Tierexperimenten ließen sich damit biologische Strukturen mit hoher Empfindlichkeit darstellen.
Professor Oliver Bruns, Leiter der Abteilung für Funktionelle Bildgebung am NCT/UCC Dresden, sieht darin großes Potenzial. "Diese neu entwickelten Proteine erweitern das Werkzeugset für die Bildgebung in lebenden Organismen und könnten künftig dazu beitragen, Krankheitsmechanismen, biologische Prozesse oder Therapieeffekte auch in tiefer liegenden Gewebeschichten zu untersuchen."
Langfristig könnten solche Eiweißmoleküle die Weiterentwicklung moderner Bildgebungsverfahren unterstützen. Die Forschungsgruppe von Oliver Bruns arbeitet unter anderem an Technologien, die Tumorgewebe, Blutgefäße oder andere Strukturen während medizinischer Eingriffe präziser sichtbar machen sollen.
Die Studie erschien im Journal of the American Chemical Society, einem der weltweit führenden Chemiejournale. An der Arbeit waren neben dem NCT/UCC Dresden auch die TU Dresden, das Dresdner Universitätsklinikum Carl Gustav Carus, das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf sowie zahlreiche Forschungseinrichtungen aus den USA, China, Großbritannien und Deutschland beteiligt.
Originalpubliaktion:
Liu Y. et al. (2026): De novo design of near-infrared fluorescence-activating proteins. Journal of the American Chemical Society 148(23): 23530–23539.
