Weiterentwicklung und Anwendung des E-Morph Assays zum Nachweis von Substanzwirkungen anhand morphologischer Fingerabdrücke per HT/HC Screening

Bereits vor 160 Jahren beschrieb Rudolf Virchow in seinem Konzept der „Cellularpathologie“, dass sich Krankheiten, wie zum Beispiel Krebs, auch in Änderungen des äußeren Erscheinungsbildes – der Morphologie – von Zellen widerspiegeln (Virchow, 1855). Heutzutage liefern moderne Mikroskope und robotergestützte Hochdurchsatzverfahren eine Vielzahl von Zellbildern in kürzester Zeit, die mittels spezieller Bildanalysemethoden automatisiert ausgewertet werden können. Zudem können mit Hilfe neuartiger Färbemethoden – wie „Cell Painting“ – verschiedenste Bestandteile von Zellen gleichzeitig sichtbar gemacht werden. Die im Rahmen solcher Verfahren gewonnenen Informationen über die innere und äußere Morphologie von Zellen ermöglichen unter anderem die Bestimmung der Wirkungsweise von Medikamenten aber auch die Identifizierung von unerwünschten Effekten, die durch Schadstoffe hervorgerufen werden können. Dazu zählen beispielsweise auch hormonell wirkende Chemikalien in der Umwelt, in Lebensmitteln oder der Kleidung, die als sogenannte – endokrine Disruptoren – das körpereigene Hormonsystem stören und dadurch die Gesundheit schädigen. Diese Stoffe werden derzeit vor allem noch in aufwändigen Tierversuchen untersucht, die eine hohe Anzahl an Versuchstieren benötigen und, aufgrund mangelnder Übertragbarkeit auf den Menschen, mitunter nur bedingt aussagekräftig sind. Im MORPHEUS (MORPHology-based Endocrine disrUptor Screening) Projekt wollen wir den Anwendungsbereich einer zellbasierten Hochdurchsatzmethode – dem E-Morph Assay – (Kornhuber et al.kurz füret alii (lat. "und andere"), 2021) erweitern und mit Hilfe von „Cell Painting“ und Methoden der künstlichen Intelligenz charakteristische Veränderungen der Zellmorphologie identifizieren, die durch Stoffe mit hormoneller Wirkung hervorgerufen werden. Mit Hilfe dieser „morphologischen Fingerabdrücke“ wollen wir Computer-Modelle entwickeln, die es zukünftig erlauben, mögliche hormonelle Effekte von Chemikalien vorherzusagen und somit unnötige Tierversuche vermeiden.