Neue Bildgebungsmethode zeigt Sauerstoffgehalt im Gewebe

München – Einen neuen Ansatz, Sauerstoff in Gewebe sichtbar zu machen, hat ein Team um Vasilis Ntziachristos entwickelt, Lehrstuhl für biologische Bildgebung an der tech­ni­schen Universität München (TUM) und Direktor des Instituts für biologische und medi­zi­ni­sche Bildgebung am Helmholtz Zentrum München.

Bei der sogenannten multispektralen optoakustischen Tomografie (MSOT) wird zunächst ein schwacher, pulsierender Laserstrahl auf das Körpergewebe gerichtet. Moleküle und Zellen, auf die der Strahl trifft, erwärmen sich geringfügig und reagieren mit minimalen Vi­brationen, die wiederum Schallsignale erzeugen. Diese werden von Sensoren aufge­nommen und in Bilder umgewandelt. Die Art und Weise, in der die einzelnen Zellen und Moleküle auf den Laser reagieren, hängt von ihren optischen Eigenschaften ab, die sich ihrerseits aus ihren biochemischen Eigenschaften ergeben – eben auch von ihrem Sauerstoffgehalt.

In der Praxis bereitet das Verfahren bislang aber erhebliche Probleme: Je tiefer ein Licht­strahl in Gewebe eindringt, desto weniger intensiv wird er. Außerdem haben unterschied­liche Zellstrukturen innerhalb des Gewebes verschiedene Eigenschaften, die beein­flussen, wie Licht gestreut und absorbiert wird. Diese Einflüsse müssen in Betracht gezo­gen werden, um bei einer MSOT aus den akustischen Signalen der Zellen die richtigen Schlüsse zu ziehen.

In der Vergangenheit haben verschiedene Wissenschaftler versucht, zu berechnen, wie das Gewebe die Verbreitung des Lichts beeinflussen wird. „Gewebe ist aber optisch so kom­plex, dass dieser Ansatz bisher noch nicht flexibel auf optoakustische Bilder von Ge­webe im lebenden Organismus angewendet werden konnte“, erläuterte Stratis Tzoumas aus der Arbeitsgruppe.

Die Münchner Wissenschaftler haben daher einen völlig anderen Ansatz entwickelt. Ihre eMSOT genannte Methode verzichtet von vornherein darauf, den Weg des Lichtes durch komplexes Gewebe zu berechnen und arbeitet stattdessen mit Computersimulationen. Damit ist es möglich, die Effekte der Lichtstreuung und -absorption innerhalb des Ge­we­bes zu korrigieren und akkurate Bilder der Sauerstoffmenge innerhalb des Gewebes zu erstellen.

Die Methode liefert Bilder in höherer zeitlicher und räumlicher Auflösung als andere Techniken und kommt ist weder auf radioaktive Strahlung noch auf Kontrastmittel ange­wiesen.

hil