Tumorentwicklung: Ein tiefer Blick ins Gewebe

13. März 2015
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Tumorzellen wurden durch genetische Modifizierungen derart verändert, dass sie den körpereigenen Farbstoff Melanin produzieren. Damit werden sie für die Photoakustik erkennbar. Ein neuartiger Scanner spürt die Tumorzellen so selbst in tieferen Gewebeschichten auf.

Photoakustische Bildgebung ermöglicht die dreidimensionale Darstellung von Zellen und Gewebe. Bisher wird sie vor allem genutzt, um Blutgefäße zu visualisieren. Tumorzellen dagegen erscheinen transparent und sind somit fast unsichtbar. Wissenschaftler der TU Berlin, der Charité – Universitätsmedizin Berlin und des University College London haben Tumorzellen genetisch so verändert, dass sie den körpereigenen Farbstoff Melanin produzieren. Damit werden sie für die Photoakustik erkennbar. Ein neuartiger Scanner ermöglicht es zudem, die Tumorzellen selbst in tieferen Gewebeschichten aufzuspüren.

Vereinte Vorteile: die photoakustischen Bildgebungsverfahren

Hochauflösende Aufnahmen sind das Ergebnis photoakustischer Bildgebungsverfahren. Die Methodik vereint Vorteile der optischen wie auch der akustischen Bildgebung: Kurze Lichtimpulse werden in ein Gewebe ausgesendet. Dort werden sie je nach Gewebeart – beispielsweise Gefäße, Muskel- oder Tumorgewebe – und den dort enthaltenen Farbstoffen unterschiedlich aufgenommen und in akustische Ultraschallwellen umgewandelt. Sensoren an der Gewebeoberfläche, wie der Haut, können diese Wellen messen.

Anhand der Daten und mithilfe spezieller Rechenalgorithmen lassen sich in der Folge 3D-Bilder rekonstruieren. Im Gegensatz zum konventionellen Ultraschall wird die akustische Strahlung in diesem Fall im Gewebe erzeugt – ein Prozess, der auch als photoakustischer Effekt bezeichnet wird. Die Streuung akustischer Wellen auf ihrem Weg durch das Gewebe ist deutlich geringer als die Streuung von Licht. Diese Tatsache ermöglicht es, besonders hochauflösende, räumliche Bilder der Verteilung von Gewebefarbstoffen zu erstellen.

Ein photoakustischer Scanner

Dr. Jan Laufer, Leiter der Forschungsgruppe am Institut für Optik und Atomare Physik der TU Berlin und am Institut für Radiologie der Charité, sowie die Arbeitsgruppe am University College London haben nun gemeinsam einen neuen, hochempfindlichen photoakustischen Scanner entwickelt, der auf einer rein optischen Messung des Ultraschallfeldes beruht. Die extrem kleinen Detektoren erzeugen 3D-Bilder in einer sehr hohen Auflösung und ermöglichen Untersuchungen in Geweberegionen von lebenden Organismen mit Bildtiefen bis zu einem Zentimeter.

Bisherige, rein optische Technologien mit hoher Auflösung, wie Mikroskopie oder Kohärenztomographie, konnten nur Tiefen bis zu einem Millimeter erreichen. Außerdem haben die Forscher neue Verfahren zur Rekonstruktion und Analyse der Daten entwickelt, um noch bessere Bildqualitäten bereitzustellen.

Melanin-produzierende Tumorzellen

Die Molekulare Bildgebung macht sich das unterschiedliche Absorptionsspektrum von Gewebefarbstoffen zunutze: So nimmt beispielsweise Hämoglobin, der rote Blutfarbstoff, eingehende Lichtimpulse anders auf als das Pigment Melanin. Um nun auch optisch fast transparente, kontrastlose Tumorzellen darstellen zu können, haben Zellbiologen der Forschergruppe die Erbinformation von Krebszellen modifiziert, so dass sie selbst lichtabsorbierendes Melanin, also ihr eigenes Kontrastmittel, produzieren.

„Durch die Kombination von permanentem, von den Zellen selbst generiertem Kontrast und hochauflösender photoakustischer Bildgebung konnten wir erstmalig nicht-invasive Langzeitstudien der Tumorentwicklung über Zeiträume von mehreren Wochen ermöglichen“, so Laufer. Denn die genetisch veränderten Zellen produzieren den Farbstoff Melanin nicht nur, sie geben die modifizierte Erbinformation, bei der Teilung an Tochterzellen weiter.

Originalpublikation:

Deep in vivo photoacoustic imaging of mammalian tissues using a tyrosinase-based genetic reporter
Jan Laufer et al.; Nature Photonics, doi: 10.1038/nphoton.2015.22; 2015

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3 Kommentare:

Gast
Gast

Die entscheidende Frage ist, warum man einen für Forschungszwecke herangezüchteten Tumor in den Abfluss gießen will. Hier erhofft man sich bessere Versuchsbedingungen und kein Heilmittel gegen Krebs.

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Dr. Michael Weller
Dr. Michael Weller

Genau das ist die entscheidende Frage.

#2 |
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Dr. Michael Sangmeister
Dr. Michael Sangmeister

Warum kann ich einen melaninproduzierenden TU nicht auch dazu programmieren sich selbst zu verzehren?

#1 |
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