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Neues Bildgebungsverfahren kann Diagnostik bei Darmspiegelung verbessern

Eine Darmschleimhaut, wie sie sich durch das Multiphotonen- Mikroskop darstellt: Grün ist die reguläre Oberfäche der Darmschleimhaut, die Ephitelzellschicht, blau die Kollagenmatrix, rot sind Immunzellen, die in bestimmter Zahl auf Entzündungsreaktionen hinweisen können. (Bild: FAU)

Eine Darmschleimhaut, wie sie sich durch das Multiphotonen- Mikroskop darstellt: Grün ist die reguläre Oberfäche der Darmschleimhaut, die Ephitelzellschicht, blau die Kollagenmatrix, rot sind Immunzellen, die in bestimmter Zahl auf Entzündungsreaktionen hinweisen können. (Bild: FAU)

FAU-Wissenschaftler arbeiten an Endoskopen auf der Basis von Multiphotonen-Mikroskopie

Bei Darmspiegelungen entnehmen Mediziner derzeit standardmäßig winzige Gewebe-Proben (Biopsien), um diese histologisch beurteilen zu können. Eine Diagnose in Echtzeit – also während der Endoskopie selbst – ist aber nur in wenigen spezialisierten Zentren wie Erlangen möglich, die konfokale Endomikroskopie einsetzen: ein innovatives technisches Verfahren, das allerdings die Gabe eines Farbstoffs wie Fluoreszin oder Acriflavin als Kontrastmittel nötig macht. Forscher der FAU sind nun einer weiteren Verbesserung auf der Spur: Mit der so genannten Multiphotonen-Mikroskopie könnten Mediziner – ohne Kontrastmittelgabe – selbst sehr dünne Gewebeschichten in 3D darstellen und in Echtzeit beurteilen. An Gewebeproben getestet, liefert das Verfahren schon vielversprechende Ergebnisse. Nun arbeiten die Wissenschaftler an Endoskopen für den Einsatz bei der Darmspiegelung. Für die Früherkennung von Tumoren oder die Diagnose von chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen wäre das Verfahren ein Meilenstein. Ihre Erkenntnisse haben die Forscher jetzt in der Fachzeitschrift „Gastroenterology“ veröffentlicht.*

In der Grundlagenforschung wird die Multiphotonen-Mikroskopie bereits eingesetzt: Sie erlaubt die Darstellung subzellulärer Strukturen mit einer Auflösung von wenigen Mikrometern und in allen drei Achsen – und hilft Wissenschaftlern so, dreidimensionale Bilder zu rekonstruieren, was mit anderen Techniken in der Form nicht möglich ist. Prof. Dr. Oliver Friedrich und Dr. Sebastian Schürmann, Lehrstuhl für Medizinische Biotechnologie an der FAU, haben in Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Markus Neurath und Dr. Maximilian Waldner von der Medizinischen Klinik 1 des Universitätsklinikums Erlangen, die Technologie nun auch daraufhin untersucht, ob sie sich für die Endoskopie – etwa des Darms – einsetzen ließe. Erstes Ergebnisse zeigen: Die Multiphotonen-Mikroskopie ist für diesen Zweck ideal geeignet.

Strukturkomponenten in der Schleimhaut könnten damit in 3D und dreifarbig dargestellt werden – und zwar ohne den Einsatz von Farbstoffen, die als Kontrastmittel wirken. „Dem behandelnden Arzt ermöglicht das eine exakte diagnostische Beurteilung in Echtzeit – dem Patienten erspart sie beispielsweise die intravenöse Kontrastmittelgabe“, meint Dr. Maximilian Waldner. Obendrein würden sich Qualität und Sicherheit von Diagnosen weiter verbessern – etwa wenn es um die Früherkennung von Tumoren geht oder die Bewertung einer Entzündung bei Chronisch-Entzündlichen Darmerkrankungen wie Colitis Ulcerosa oder Morbus Crohn: „Für eine erfolgreiche Therapie ist es wichtig genau beurteilen zu können, wie tief Immunzellen in das Darmgeweben eingedrungen sind, wie weit fortgeschritten also die Entzündungsreaktion ist. Die endoskopische Nutzung der Multiphotonen-Mikroskopie könnte eine Beurteilung des Entzündungsgrades ohne die Zugabe von Farbstoffen erlauben – und zwar in Echtzeit.“

Noch haben die Wissenschaftler die Technologie vor allem an Gewebeproben getestet – eine der technischen Herausforderungen ist es, die Technik so zu miniaturisieren, dass sie in den sehr kleinen modernen Endoskopen untergebracht werden kann. Bislang konnte die Multiphotonen-Mikroskopie lediglich außerhalb des Körpers angewendet werden – z.B. in der Dermatologie. „Mittlerweile ist allerdings die Technik so weit fortgeschritten, dass wir für die Entwicklung geeigneter Endoskope einen Zeithorizont von fünf bis zehn Jahren für realistisch halten“, meint Prof. Dr. Oliver Friedrich – der Vorteil an der FAU liegt hier vor allem in der interdisziplinären Forschung an der Schnittstelle von Medizinischer Biotechnologie und Gastroenterologie.

* Sebastian Schürmann, Sebastian Foersch, Raja Atreya, Helmut Neumann, Oliver Friedrich,  Markus F. Neurath,  Maximilian J. Waldner: “Label-Free Imaging of Inflammatory Bowel Disease Using Multiphoton Microscopy”. In: Gastroenterology, Volume 145, Issue 3, September 2013

Weitere Informationen:

Dr. Maximilian Waldner
Tel.: 09131/85-45025 oder -35960
maximilian.waldner@uk-erlangen.de

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