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StartseiteForschung aktuell3D-Bilder für Medizin und Biochemie25.04.2016

Optische Projektions-Tomografie3D-Bilder für Medizin und Biochemie

Beim Treffen der Optical Society in Florida ist das zentrale Thema in diesem Jahr das optische Bildgebungsverfahren für Medizin und Biochemie. Die neueste Entwicklung: Ein optischer Projektions-Tomograf. Mit Hilfe von Licht können damit Objekte in 3D visualisiert werden.

Von Maximilian Schönherr

Mit OPT räumlich visualisiertes Mäusegehirn (Eishu Hirata / James McGinty)
Mit OPT räumlich visualisiertes Mäusegehirn (Eishu Hirata / James McGinty)

Ich bin im Imperial College in der Physik. Hier geht es um die Visualisierung von Objekten in 3D, und zwar nicht, wie man das normalerweise so kennt, mit Röntgen-Schichtaufnahmen, auch nicht mit MRT, sondern mit Licht. Dazu muss man die Objekte, die man betrachten will, im Prinzip durchsichtig machen.

"Man zieht alles Wasser aus der Probe heraus und ersetzt es durch eine Flüssigkeit mit starker Brechkraft. Dann sieht das Gewebe gläsern-durchsichtig aus."

James McGinty hat dieses Setup gebaut. Es nimmt nur einen Quadratmeter Fläche auf dem Labortisch ein. Die optisch gereinigte Probe ist hier ein organisches Gel und hängt von oben in einem durchsichtigen Würfel; es würde auch ein kleines Organ in diesen Würfel hineinpassen, etwa die Lunge einer Maus. Von der Seite scheint ein rotes Licht auf die Probe, eine Kamera nimmt das auf, Bild für Bild, während sich das Gewebe mit einem kleinen Motor dreht. Umso langsamer, je mehr Schichtbilder man haben möchte.

"Wir nutzen die in der Biochemie üblichen Fluoreszenzmethoden, die bestimmte Substanzen zum Leuchten bringen, und bekommen schön scharfe Aufnahmen, jede innerhalb eines Sekundenbruchteils."

Die Aufnahmen sehen am PC beeindruckend aus. Gläsern. Was würde uns ein klassisches Röntgen-CT zum Beispiel von der Lunge einer Maus zeigen?

"Bei einer Röntgenaufnahme geht es immer um die Absorption der Strahlen: Knochen absorbieren viel, Lungengewebe dagegen wenig. Innerhalb der Lunge sieht das Röntgen-CT praktisch nichts, es fehlt der Kontrast. Unser optisches CT basiert auf einem Emissionsprozess. Bestimmte Bereiche der Mäuselunge leuchten intensiver als andere. Wir erreichen damit einen sehr hohen Kontrast."

3D-Bild aus vielen Schichtaufnahmen

Das Verfahren heißt Optische Projektions-Tomografie, abgekürzt OPT. Es wird auch "optisches CT" genannt, weil es aus vielen Schichtaufnahmen ein 3D-Bild erzeugt und dabei dieselben Rechenmethoden benutzt wie das Röntgen-CT. Die Technik setzt statisches Gewebe voraus, also etwa das im klinischen Bereich bei einer OP gerade entnommene Stück Darmwand.

"Im Labor der Klinik wird das Gewebe typischerweise in 10 Mikron dünne Scheiben zerschnitten. Mit der optischen Projektions-Tomografie können wir auch die Bereiche dazwischen sehen. Auch die Biochemie hat Interesse an OPT. Da möchte man ja bestimmte Gewebeeigenschaften in 3D visualisieren, etwa um genetische Veränderungen oder die Auswirkungen von Medikamenten exakt einschätzen zu können. Man sieht die Veränderungen von Zellen."

Im Nachbarraum haben wir eine etwas größere Anordnung. Da sind viele Laser. Unter anderem guckt man sich Zebrafische in kleinen Röhren an. Sie lehnen, betäubt wie sie sind, gegen die Plastikwände.

"Das ist ein fast völlig durchsichtiger Mutant, dem die charakteristischen metallisch glänzenden Streifen fehlen, in den wir also problemlos hineinsehen können. Das ist ein Beispiel, wo wir OPT einsetzen, um räumliche Bilder der inneren Organe lebendiger Tiere herzustellen. Man kann bei diesen Fischen über längere Zeiträume die Auswirkungen von Medikamenten sichtbar machen, Entzündungsherde sehen und Krebsmodelle entwickeln."

 

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