Einfaches und schnelles Lichtscheiben-Fluoreszenzmikroskopsystem zur tomographischen Erfassung von biologischen Proben für den klinischen Alltag in der Pathologie (3Dpatho)
BMBF-Fördermaßnahme im Rahmen der Förderinitiative „Photonische Systemlösungen für Medizin und Biotechnologie“ (FKZ 13N14376)
Photonische Systemlösungen für Medizin und Biotechnologie
Das Ziel dieser Förderinitiative ist, die anwendungsorientierte Erforschung von Lösungsansätzen zu unterstützen, die sich nicht auf einzelne phonische Verfahren beziehen, sondern die als Systemlösungen dem komplexen Charakter vieler Fragestellungen in den Bereichen der medizinischen Diagnostik und Therapie sowie der Biotechnologie gerecht werden. Diese können aus einer Kombination unterschiedlicher optischer Techniken oder einer Kombination optischer Techniken mit anderen Technologien bestehen.
Motivation
Die mikroskopische Diagnostik in der Pathologie beschränkt sich zurzeit auf die Beurteilung
Mikrometer-dünner Gewebeschnitte. Pathologen werden schon früh in ihrer Ausbildung auf die Erkennung
komplexer Gewebeveränderungen in Schnittansichten trainiert. Der Bereich der Radiologie hat in den
letzten 40 Jahren einen Wandel vom zweidimensionalen Röntgenbild bis hin zu dreidimensionalen, bildgebenden
Verfahren (CT, MRT) erlebt, der die Diagnosemöglichkeiten in dramatischer Art und Weise ausgeweitet hat.
Auch wenn Radiologen anfangs skeptisch waren, so sind dreidimensionale, bildgebende Verfahren heute aus
der Medizin nicht mehr wegzudenken.
Hierbei wird es eine analoge Paradigmenverschiebung von 2D nach 3D in der Pathologie bei optischen
Diagnoseverfahren geben. Zurzeit werden routinemäßig ausschließlich zweidimensionale, dünne
Gewebeschnitte begutachtet. Die dreidimensionalen Zusammenhänge gehen somit verloren und die
Möglichkeit der „Nicht-Erkennung“ von pathologischen Veränderungen ist immanent. Andererseits reicht
die ungefähr 1000-fach geringere Auflösung der modernen radiologischen Verfahren nicht aus, um die
diagnostisch relevanten histologischen Strukturen abzubilden.
Ziele und Vorgehen
Die Lichtscheiben-Fluoreszenzmikroskopie (LSFM) erreicht eine hohe Auflösung in allen drei Raumrichtungen und besitzt zugleich eine ausreichende Feldgröße, um Zentimeter-große Objekte vollständig zu erfassen. Die derzeit kommerziell angebotenen Lichtscheibenmikroskope sind allerdings für den routinemäßigen Einsatz in der pathologischen Diagnostik ungeeignet. Ziel dieses Vorhabens ist daher die Untersuchung und Realisierung eines einfach anzuwendenden, robusten Lichtscheibenmikroskopiesystems und die Untersuchung und Nutzbarmachung von Verfahren für das Sichtbarmachen (‚Klärung‘) und Färben von Gewebe, die mit den gewohnten Prozessschritten in der Pathologie wirkungsvoll vereint werden können. Auf diese Weise würde das gesamte entnommene Gewebematerial als Ganzes optisch für die Diagnostik zur Verfügung stehen und genutzt werden können.
Innovationen und Perspektiven
Die Umstellung pathologischer Analyseverfahren auf eine dreidimensionale Bildgebung wird substanzielle
Folgen haben und einen entscheidenden diagnostischen Durchbruch darstellen. Dreidimensionale Informationen
könnten auch völlig neue Perspektiven auf den Beginn und die Progression entzündlicher Erkrankungen im
Gehirn mit nachfolgendem Verlust der isolierenden Markschicht (z.B. Multiple Sklerose) eröffnen.
Im Anschluss an das Projekt wird Omicron auf Grundlage der Ergebnisse ein für den klinischen Alltag
in der Pathologie geeignetes Gerät entwickeln, welches das neue Kamerasystem von PCO verwendet und die
Probenhalter von Marienfeld einsetzt. Dieses soll dann zusammen mit den Clearing-Kits von MoBiTec
ausgewählten Pathologie-Standorten für eine Testphase von einem Jahr zur Verfügung gestellt werden, damit
eine weitere Validierung im klinischen Alltag stattfinden kann. Rückmeldungen aus den Kliniken werden
direkt in zukünftige Geräteentwicklungen einfließen. Damit ist es den Verbundpartnern möglich,
Forschungsergebnisse direkt in die kommerzielle Umsetzung zu führen und Arbeitsplätze in Deutschland
zu sichern und den Patientennutzen zu erhöhen.
