Demokratisierung der Vesikelforschung
durch Open Source

Eine zuverlässige und stabile Lösung, offen und erweiterbar für alle – das ist die Stärke von Open Access und Open Source. In diesem Sinne wurde am LBI für Nanovesikuläre Präzisionsmedizin (LBI-NVPM) an der Paris Lodron Universität Salzburg mit EVAnalyzer ein Programm zur automatisierten Auswertung und Quantifizierung von extrazellulären Vesikeln in mikroskopischen Bilddateien entwickelt.

Die Mission des LBI-NVPM ist, zu erforschen, wie sogenannte extrazelluläre Vesikel (EVs) erfolgreich zum Wohl von Patient:innen eingesetzt werden können. Diese winzigen Partikel werden von allen Zellen des Körpers freigesetzt und haben einen Durchmesser von durchschnittlich 100 bis 200 Nanometern. Zu ihren zentralen Aufgaben gehört die Zellkommunikation: Die Vesikel transportieren biologische Nachrichten und können Informationen innerhalb eines Organismus weitergeben. In bestimmten Fällen findet der Austausch sogar organismenübergreifend statt – etwa beim Stillen, wenn Vesikel aus der Muttermilch auf das Kind übergehen.

Die genaue Zusammensetzung dieser Vesikel sowie deren präzise Beschreibung zählen zu den zentralen Fragestellungen der Forschungslinie „Nanovesicular Technologies“, die seit einem Jahr von Melanie Schürz geleitet wird. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung neuer Tests und Methoden, um die Vesikel detailliert zu analysieren und um zu verstehen, welche Nachrichten von ihnen transportiert werden und von welchen Zellen diese Nachrichten gelesen werden.

Melanie Schürz erklärt: „Eine zentrale Herausforderung ist die hohe Heterogenität der EVs, was sogenannte Einzelvesikel-Analysen, also eine Charakterisierung ‚Vesikel für Vesikel‘ unerlässlich macht.“ Dafür gibt es kommerzielle Lösungen, doch für die akademische Forschung sind diese häufig zu kostenintensiv und nicht flexibel genug für offene Weiterentwicklungen. Aus diesem Grund wurden im Labor von Nicole Meisner-Kober – nach ihrem Wechsel von der Pharmaindustrie in die universitäre Forschung – neue, kosteneffiziente Methoden entwickelt, die die Bildgebung von Vesikeln mit Standard-Laborequipment ermöglichen.

Die nächste Hürde stellt die Auswertung der Bilddaten dar: Für eine automatisierte Analyse großer Datenmengen sind Programmier-Skills erforderlich, über die nicht alle Biolog:innen verfügen. Um diese Lücke zu schließen, wurde Joachim Danmayr, ein ausgebildeter Elektrotechniker und forschungsbegeisterter Softwarearchitekt, eingebunden. Zunächst als Freizeitprojekt programmierte er 2020 in Eigeninitiative eine erste Version der Software „EVAnalyzer“. Inzwischen ist Joachim Danmayr fester Bestandteil der Arbeitsgruppe und in Teilzeit am Institut tätig.

Was entstehen kann, wenn Programmierexpertise und die geduldige, iterative Auseinandersetzung mit biologischen Fragestellungen zusammenkommen, zeigt sich fünf Jahre später – in der Weiterentwicklung zum EVAnalyzer2.0. Hand in Hand entwickelten Melanie Schürz und Joachim Danmayr eine Softwarelösung zur automatisierten Visualisierung und Quantifizierung einzelner extrazellulärer Vesikel. Eine benutzerfreundliche grafische Oberfläche ermöglicht die Anwendung durch Forscher:innen auch ohne Programmierkenntnisse. Die Software wurde von Anfang an bewusst als Open-Source- und Open-Access-Tool konzipiert, um sie der wissenschaftlichen Gemeinschaft frei zugänglich zu machen und kollaborative Weiterentwicklung zu fördern. Nach der ersten Veröffentlichung wurde der Ansatz von führenden Expert:innen im Feld sogar als „Demokratisierung der Vesikelforschung“ bezeichnet.

Neben der Charakterisierung wird das Tool auch eingesetzt, um die Bewegung und Verteilung von Vesikeln in unterschiedlichen Geweben zu analysieren. Am LBI- NVPM wird in der Forschungslinie von Institutsleiterin Nicole Meisner-Kober untersucht, wie EV als Trägersysteme für Wirkstoffe – gewissermaßen als biologische Transportvehikel – genutzt werden könnten. Um sinnvolle Adressaten zu identifizieren, untersucht das Team im ersten Schritt die natürliche Verteilung von EVs im Körpergewebe. Dafür werden Vesikel mit Fluoreszenzfarbstoffen markiert und mit verschiedenen bildgebenden Methoden nachverfolgt. Die Software wertet dann beispielsweise Aufnahmen einzelner Zellen sowie Gewebeschnitte aus Mausmodellen aus, um zu klären, in welchen Geweben die markierten Vesikel ankommen – wenn sie zuvor oral aufgenommen oder injiziert wurden. Melanie Schürz beschreibt: „Vesikel lassen sich aus allen Körperflüssigkeiten isolieren. Am LBI-NVPM nutzen wir allerdings auch neue, nachhaltige Quellen für die Herstellung und pharmazeutische Anwendungsentwicklung von Nanovesikeln, wie beispielsweise Süßmolke als Nebenprodukt der industriellen Käseherstellung, da die darin enthaltenen Vesikel gut verträglich sind und großes Potential für orale Verabreichung von Wirkstoffen haben. Auch andere Nahrungsmittel wie Honig, Zitronen oder Bier enthalten Vesikel, deren Wirkung auf den menschlichen Körper wir untersuchen.“ Eine zentrale Frage ist dabei, ob sich Vesikel aus unterschiedlichen Quellen unterschiedlich verhalten und ob sich diese natürliche Bioverteilung gezielt nutzen lässt.

Dass der EVAnalyzer einen Nerv trifft, zeigte sich eindrucksvoll auf der Konferenz der International Society for Extracellular Vesicles (ISEV) im April 2025 in Wien. Dort wurde die Software in Live-Demonstrationen öffentlich vorgestellt. Während die Forschenden ihre Talks hielten, versuchten große Firmen Joachim Danmayr und seinen Code abzuwerben und die Lösung kurzerhand einzukaufen. Vesikelforscher:innen aus aller Welt kamen mit konkreten Fragestellungen zur Bildauswertung an den Stand, wo diese diskutiert und zum Teil vor Ort gelöst werden konnten. Joachim Danmayr berichtet: „Eine Gruppe hatte bereits eine eigene Pipeline für Elektronenmikroskopie-Bilder entwickelt und wollte diese mit dem Analyzer verbinden. Eine andere Gruppe aus Indien war sehr glücklich darüber, dass die Lösung kostenlos heruntergeladen werden kann.“ Eine eigene wissenschaftliche Publikation zum EVAnalyzer2.0 ist für 2026 geplant. Doch schon jetzt wird die Software breit genutzt: Bis Anfang 2026 wurde EVAnalyzer1.0 bereits über 5.000-mal, EVAnalyzer2.0 bereits rund 2.000-mal heruntergeladen und von zahlreichen Forschungsgruppen international eingesetzt.

Die Erweiterung des EVAnalyzers erfolgt ähnlich wie die Weiterentwicklung wissenschaftlicher Erkenntnisse: Neue Funktionen können vorgeschlagen und einem Review-Prozess unterzogen werden. Gemeinsam erfolgt Qualitätskontrolle, Diskussion und Fehlerbehebung. Danach kann eine Verbesserung in den Software-Code übernommen werden und steht mit dem nächsten Release kostenlos zur Verfügung. Das LBI-NVPM arbeitet in Kooperation mit Kolleg:innen an der Universität Salzburg auch an KI-unterstützten Erweiterungen. Joachim Dannmayr: „Wir erwarten uns weitere Fortschritte für Auswertung und Quantifizierung, vor allem bei der Abgrenzung von Signalen vor dem Hintergrundrauschen des übrigen Zellgeschehens.“