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Endo-Mikroskopie: Gewebediagnose ohne künstliche Kontrastmittel

Abdomen Schaufensterpuppe und Endoskopiebild
Einer FAU-Forschungsgruppe ist es gelungen, Gewebezellen dreidimensional und direkt im lebenden Körper mikroskopisch und ohne Farbstoffe darzustellen. Das neue Bildgebungsverfahren nährt die Hoffnung, schon während einer Endoskopie-Sitzung, etwa bei Darmspiegelungen, mit weniger oder gar ohne Biopsien zu einer Diagnose zu gelangen. (Bild: Thomas Riese/Oliver Friedrich/Sebastian Schürmann)

Zur Diagnose vieler Erkrankungen führt an der mikroskopischen Beurteilung von entnommenen Gewebeproben kein Weg vorbei. Ein FAU-Team hat nun ein Verfahren entwickelt, das zur Gewebebeurteilung in zugänglichen Körperhöhlen weder einen chirurgischen Eingriff noch die intravenöse oder lokale Kontrastmittelgabe, zum Beispiel auf die Darmschleimhaut, erfordert. „Die endoskopische Nutzung der Multi-Photonen-Mikroskopie könnte eine Beurteilung des Entzündungsgrades in Echtzeit erlauben“, sagt Prof. Dr. Dr. Oliver Friedrich vom Lehrstuhl für Medizinische Biotechnologie. „Zudem vereinfacht sie das Verfahren, da sie keine externen Farbstoffe benötigt.“

Ziel sei, dass schon während der Endoskopie-Sitzung anhand von 3D-Darstellungen auch unter der Darmoberfläche erkannt werden kann, ob Organzellen und Wandbestandteile auf Mikrometerskalen verändert sind. „Das Verfahren könnte perspektivisch Biopsien ergänzen oder vielleicht in bestimmten Fällen sogar überflüssig machen.“

Die Multi-Photonen-Mikroskopie ist nicht neu. In der Grundlagenforschung ist sie seit den 1990er-Jahren im Einsatz. Das Prinzip: Ein Laser sendet fokussierte Laserpulse sehr hoher Intensitäten für extrem kurze Zeiten aus, die durch die Mikroskop-Optik fokussiert werden. Dabei treffen zwei oder mehr Lichtteilchen gleichzeitig mit bestimmten körpereigenen Molekülen zusammen, die dadurch zum Leuchten gebracht werden. Anhand der Wellenlänge des ausgesendeten Lichts („Lichtfarbe“) lassen sich Rückschlüsse auf die Zusammensetzung der Gewebe-Bestandteile ziehen.

Die Technik liefert dreidimensionale Bilder mit einer optischen Auflösung von wenigen Mikrometern, die es erlauben, mehrere hundert Mikrometer in die Gewebewand hineinzuschauen. Multi-Photonen-Mikroskope werden in der Medizin bereits eingesetzt, insbesondere an Hautoberflächen: In der Dermatologie beispielsweise wird sie für die Suche nach malignen Melanomen genutzt.

Die Integration dieser Technik in ein Endoskop soll künftig auch Einblicke in das Innere des lebendigen menschlichen Körpers, etwa die Darmwand, liefern. Wie sich Gewebestrukturen im Verlaufe von Krankheiten oder im Zuge des Alterns verändern, wird am Lehrstuhl für Medizinische Biotechnologie anhand von Gewebeproben seit vielen Jahren systematisch untersucht. Kombiniert mit der Live-Information eines endoskopischen Multi-Photonen-Mikroskops könnte dieses Wissen neue Optionen für die Früherkennung und Therapie vieler Krankheitsbilder liefern. „Das ist die Vision, der wir uns verschrieben haben“, sagt Friedrich.

Auf dem Weg dorthin haben Friedrich und sein Team nun einen großen Schritt nach vorne gemacht. Ihnen ist es gelungen, die gesamte Mikroskop-Technologie einschließlich Mini-Stab-Optiken in ein Endoskop zu integrieren. Das Objektiv findet dazu in einer nagelgroßen Kanüle mit einer Länge von 32 Millimetern und einem Durchmesser von 1,4 Millimetern Platz. Für die Variation der optischen Tiefenwirkung kann der Fokuspunkt elektrisch verstellt werden. Zudem erlaubt das Prisma, das sich an der Spitze des Endoskops befindet, einen Seitwärtsblick im Darm. Auf diese Weise können von derselben Position aus verschiedene Rotationsaufnahmen des Gewebes gemacht werden.

In präklinischen Modellen wird die Technik zurzeit bereits validiert. Allerdings wird die Bildinformation dabei über ein starres System an die Außenwelt übertragen. Aufgrund der Anatomie des Darmes mit Biegungen und Kurven eignen sich starre Systeme für den Einsatz im menschlichen Darm aber nicht. „Für ein flexibles Endoskop müssen wir zusätzlich zum Objektiv auch die gesamte Scanning-Mechanik direkt in das Endoskop integrieren“, sagt Dr. Sebastian Schürmann, der die entsprechenden Forschungsarbeiten leitet. „Dafür sind weitere Forschungen notwendig.“

von Frank Grünberg


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