Neuartige 3D-Mikroskoptechnik für die Pathologie

Die dritte Dimension in der mikroskopischen Gewebe-Diagnostik: vom Schnitt zum Block

18.05.2017 - Deutschland

Krankhaft veränderte Zellen in Gewebe-Biopsien besser und noch genauer als bisher möglich erkennbar zu machen, ist das Ziel eines Forschungsverbundes um Göttinger Forscher und Mediziner. Liefern soll solche Bilder ein neues 'Lichtscheiben'-Mikroskop für dreidimensionale Aufnahmen von Gewebeproben. Dieses Mikroskop wird für die Nutzung im diagnostischen Alltag von Pathologen konzipiert und die Anwendungsmöglichkeiten in einer klinischen Studie erprobt. Mit dem neuen Mikroskopverfahren stünden erstmals 3D-Bilder von Patienten-Gewebeproben für eine genauere Diagnose zur Verfügung. Solche Bilder helfen dabei, neue Einsichten in Krankheitsmechanismen zu bekommen und die Behandlung von Patienten zu verbessern. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Verbundvorhaben im Programm „Photonische Systemlösungen für Medizin und Biotechnologie“ mit 5,8 Mio. Euro für drei Jahre.

Ausgangspunkt für das Vorhaben sind Arbeiten von Prof. Dr. Fred Wouters, Labor für Zelluläre und Molekulare Systeme, und Dr. Gertrude Bunt, Technologieplattform für Klinische Optische Mikroskopie (CLINOMIC) am Institut für Neuropathologie der Universitätsmedizin Göttingen (UMG). Beteiligt sind zudem die Institute für Neuropathologie und für Pathologie der UMG. Für die Umsetzung dieser Technologie in den routinemäßigen klinischen Betrieb wurden die Firmen Omicron-Laserage GmbH, Till-ID GmbH, PCO AG, Paul Marienfeld GmbH & Co. KG, MoBiTec GmbH und die Arbeitsgruppe von Prof. Hans-Ullrich Dodt der Technischen Universität Wien, mit in das Projekt eingebunden.

Zunächst sollen Anwendungen der 3D-Mikroskopie für die Gewebedarstellung bei Tumorerkrankungen und bei Multipler Sklerose erarbeitet werden. Insbesondere von der 3D-Darstellung von Lymphknoten-Metastasen erhoffen sich die Forscher, dass die dreidimensionale Information entscheidend zur Diagnose beiträgt. Das Ausloten der Anwendungsgebiete erfolgt in enger Zusammenarbeit mit den Verbundpartnern Prof. Dr. Wolfgang Brück, Direktor des Instituts für Neuropathologie der UMG, und Prof. Dr. Philip Ströbel, Direktor des Instituts für Pathologie der UMG. Eine unabhängige Validierung der klinischen Studie wird in Zusammenarbeit mit dem Pathologischen Institut des Städtischen Krankenhaus Karlsruhe (Leitung: Prof. Dr. Thomas Rüdiger) durchgeführt.

Aufnahmen aus dem Inneren des Patienten in allen drei Dimensionen sind in der Radiologie schon lange Standard. Die Auflösungen moderner 3D-bildgebender Verfahren, wie CT und MRT, Verfahren reichen jedoch für die Abbildung einzelner Zellen nicht aus. Für eine abschließende Diagnostik wird daher bisher das Gutachten eines Pathologen mittels Gewebeentnahme herangezogen. Diese erfolgt lichtmikroskopisch an dünnen Schnitten und verfügt über eine tausendfach höhere Auflösung. Doch wichtige räumliche Informationen gehen dabei verloren. „Das Lichtscheibenmikroskop setzt genau hier an und schließt die Lücke zwischen den dreidimensionalen radiologischen und herkömmlichen zweidimensionalen histologischen Verfahren“, sagt Prof. Wouters.

Lichtscheibenmikroskopie

Für die Lichtscheibenmikroskopie muss die Probe zunächst durchsichtig gemacht werden. Eine dafür geeignete Technologie wurde im Labor von Prof. Wouters entwickelt und ist patentiert. Das Lichtscheibenmikroskop tastet dabei das Gewebe mit einer sehr dünnen Laser-erzeugten Lichtscheibe Ebene für Ebene ab. Die Signale werden von einer empfindlichen Kamera aufgefangen. Die 3D-Abbildung ergibt sich durch die Rekonstruktion der Aufnahmen im Rechner. „Erste Machbarkeits-Versuche in der Technologieplattform zeigen, dass die dreidimensionale Bildgebung ein für die pathologische Diagnostik wertvolles Verfahren darstellt. Gewebestücke lassen sich durchgehend in allen drei Dimensionen abbilden“, sagt Dr. Gertrude Bunt. Mit der Förderung durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung soll die Technologie so weit ausgearbeitet werden, dass sie nach Projektende in kürzester Zeit zu einem praxistauglichen und marktfähigen Produkt führt.

Einzelne Tumorzellen sichtbar

Der Nachweis von Tumorzellen in einem Lymphknoten, wie z.B. die im Achselbereich lokalisierten 'Wächterlymphknoten' bei Brustkrebs, hat große Bedeutung für die anschließende Behandlung. „Bei herkömmlichen Verfahren werden von einem Lymphknoten dünne Schnitte hergestellt und unter dem Mikroskop betrachtet, dabei wird aber nur ein gewisser Prozentsatz des Gewebes untersucht. Mit der neuen Lichtscheibentechnologie werden hingegen alle Ebenen eines Lymphknotens lückenlos abgebildet. „Wir bekommen jetzt erstmalig die Gelegenheit, krankhaft veränderte Gewebe dreidimensional unter dem Mikroskop zu untersuchen. So können auch sehr vereinzelte Tumorzellen besser nachgewiesen werden. Ich erwarte, dass wir dabei auch ganz neuartige Beobachtungen machen, die uns mit herkömmlichen Verfahren bislang in dieser Form nicht zugänglich waren. Letztlich schließen wir auch eine Lücke zu unseren Kollegen aus der Radiologie“, sagt Prof. Philipp Ströbel, Direktor des Instituts für Pathologie der UMG.

https://www.bionity.com/de/news/163276/neuartige-3d-mikroskoptechnik-fuer-die-pathologie.html