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07 Dezember 2009 | Print page |

Krebsdiagnose dank 3D-Analyse von Biosignaturen

Neues dreidimensionales Bildverarbeitungssystem Cell-CT setzt auf Prosilica GE1650 GigE-Kameras von Allied Vision Technologies.

Mit der Cell-CT Technologie eröffnet VisionGate neue Möglichkeiten der quantitativen Zellenanalyse in der Biologie- und Medizinforschung. Dank des innovativen Systems kann erstmals die interne Struktur von einzelnen Zellen dreidimensional errechnet werden, indem die optische Absorptionsdichte der einzelnen Moleküle – sowie optional ihre Fluoreszenz – analysiert werden. Die räumliche Struktur der errechneten Dichten ist innerhalb einer gegebenen Zelle isotropisch. Das heißt: die Auflösung der 3D-Bilder ist in allen drei Dimensionen gleich. Zur Vermessung werden die Zellen nicht wie üblich zwischen Glasplatten gelegt, sondern sie schweben in einer Flüssigkeit, die selbst in eine mikro-kapillarische Röhre eingeführt wird. So lassen sich Bilder aus 360° Blickwinkeln erfassen, die anschließend zu einem 3D-Bild verrechnet werden.

Die VisionGate Technologie zur 3D-Modellierung setzt auf die modernsten Computertomografie-Algorithmen aus der Radiologie, allerdings werden sichtbare Photonen anstelle von Röntgenstrahlen analysiert. Dank Cell-CT lässt sich die dreidimensionale Verteilung von bestimmten Molekularmarkern, Flecken oder sonstigen Licht absorbierenden Strukturen innerhalb der Zelle mit einer Auflösung unter einem Mikrometer quantitativ analysieren. Somit werden die bisherigen Diagnosetechniken um die dritte Dimension erweitert.

Bisher war es nicht gelungen, die wahre Anatomie einer biologischen Zelle dreidimensional abzubilden. Die meisten Versuche, Zellen in 3D zu visualisieren, basieren auf aufwendigen Hochrechnungstechniken und bleiben Approximationen. Dadurch sind die heutigen Kenntnisse der Wissenschaft zur Zellenanatomie lückenhaft und basieren nicht auf direkten Beobachtungen. VisionGates Cell-CT System ist eine bahnbrechende Innovation, die Forschern erstmals die Möglichkeit bietet, die komplexe Struktur von Biozellen dreidimensional zu visualisieren. Dank dieses neuartigen Analysetools werden wichtige Fortschritte in der biologischen und medizinischen Forschung möglich.

Cell-CT in der Praxis

Vorbereitung der Probe
Als erste Anwendung hat sich VisionGate auf die Analyse von sog. Sputum, also dem Auswurf aus den Bronchien, konzentriert. Die Proben werden vor dem Scan vorbereitet, indem ein chemisches Fixiermittel hinzugefügt wird, das den Zustand der Zellen stabilisiert und sie vor dem Verfall schützt. Anschließend wird die Probe von Zelltrümmern und Schleim befreit und die Zellen werden markiert, um bestimmte Eigenschaften hervorzuheben, die auf eine Lungenkrebserkrankung hindeuten könnten. Die Zellen werden schließlich in eine für optische Bilderfassung optimierte Flüssigkeit gegeben und in ein kapillarisches Röhrchen injiziert, das sich für die 360°-Aufnahmen um die eigene Achse drehen kann.

Systemaufbau

Cell-CT bedient sich der Pseudoprojektionstechnologie, eines innovativen Verfahrens, bei dem die Bilderfassung die von einem klassischen Röntgengerät bekannten Parallelstrahlen simuliert. Das System besteht aus einem Standard Olympus IX71 Mikroskop, das mit einem 100x 1.3 NA Ölimmersionsobjektiv ausgestattet ist, um die Pseudoprojektionsbilder hochauflösend zu erfassen. Eine 2-Megapixel Prosilica GE1650 CCD-Kamera von Allied Vision Technologies ist am Kameraadapter an der linken Seite des Mikroskops angeschlossen. Eine Spezialbeleuchtung mit 5nm Bandbreite im grünen Spektrum wird eingesetzt, um bestimmte Zelleigenschaften hervorzuheben.

Bilderfassung
Die Kamera, die Rotation der Kapillarleitung und das Objektiv sind miteinander synchronisiert und erfassen bei 5 Bildern pro Sekunde 500 Pseudoprojektionsbilder von jeder Zelle während einer Rotation um 360°. Die Bilder werden im 12-Bit-Modus bei einer Auflösung von 1600x900 Pixeln aufgenommen. Dank modernster Computertomografietechnologie werden die 500 Bilder zu einem mikroskopischen 3D-Modell der markierten Zelle umgewandelt. Dieses kann durch weitere Bildverarbeitungssoftware analysiert werden, um bestimmte Merkmale im Rahmen der jeweiligen Untersuchung oder Diagnose herauszufinden.

Ausblick

VisionGate hat mit der Vermarktung von Cell-CT für Forschungslabore in den Vereinigten Staaten Anfang 2009 begonnen. Das Gerät kann jede Art von Zellen analysieren, wie sie etwa aus Blut, Schleim oder Urin gewonnen werden. Der Schwerpunkt der Entwicklung liegt aber momentan bei Lungenerkrankungen mit dem langfristigen Ziel, Ärzten Mitteln zur Früherkennung von Lungenkrebs bei Risikopatienten zu geben und somit die Überlebenschancen und Lebenserwartung dieser Patienten zu erhöhen.

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