Sonntag, 03.05.2015
Forschung
Neues Mikroskop für molekulare Bildgebung
Pflanzenschnitt in Olivenöl: TICO-Raman Bild mit molekularem Kontrast. Die holzartigen Moleküle des Stängels (Lignin) sind farblich rot dargestellt, die Fettmoleküle des Olivenöls grün (Abb.: Karpf et al.).
Forscher des Instituts für Biomedizinische Optik entwickeln einen neuen Ansatz für funktionale stimulierte Raman-Bildgebung
Die moderne optische Mikroskopie erforscht die Grenzen der biomedizinischen Bildgebung. Der Nobelpreis in Chemie 2014 wurde für die Erforschung der super-auflösenden Mikroskopie vergeben, welche die klassische Auflösungsgrenze durchbricht. Neben der hochauflösenden Darstellung der Struktur einer Probe besteht auch der Bedarf, die abgebildeten Moleküle zu identifizieren. Hierfür können optische Marker verwendet werden, die allerdings meist für die Anwendung am Menschen nicht zugelassen sind. Für eine solche optische molekulare Bildgebung in der Medizin zur Früherkennung verschiedenster Krankheiten wäre also eine Technik mit endogenem Kontrast wünschenswert.
Prinzipiell kann dies durch moderne Raman-Mikroskope erreicht werden. Der zugrundeliegende Ramaneffekt ist ein inelastischer Streuprozess, der es ermöglicht, eindeutige Aussagen über die Art, Quantität und chemische Zusammensetzung der Probe zu treffen. Das Problem dieser traditionellen, sogenannten „spontanen“ Raman Mikroskopie ist die geringe Effektstärke, die lange Aufnahmezeiten von bis zu mehreren Stunden pro Bild erforderlich macht. Abhilfe können nichtlineare Raman-Mikroskope schaffen die jedoch bis jetzt von einer Vielzahl von Einschränkungen und Problemen geplagt wurden.
Nun ist es Sebastian Karpf et al. in der Forschungsgruppe um Prof. Robert Huber am Institut für Biomedizinische Optik gelungen, ein grundlegend neues System zur stimulierten Raman Mikroskopie zu entwickeln, wobei völlig neuartige Glasfaser-basierte Laser eingesetzt werden, die einen weitaus flexibleren und breiteren Einsatzbereich als herkömmliche Kurzpulslaser erlauben. Damit legen sie den Grundstein für die zukünftige Anwendung in Patienten, wo die geringe Eindringtiefe von Licht den endoskopischen Einsatz erforderlich macht.
Das neue System erlaubt schnelle hyperspektrale Raman-Mikroskopie mit molekularem Kontrast bei gleichzeitig breiter spektraler Abdeckung, hervorragender spektraler Auflösung und hoher Sensitivität. Dies wurde durch ein neues, zeit-kodiertes Messkonzept-Konzept (TICO-Raman) erreicht. Dabei ermöglicht ein neuartiger, aktiv modulierter Pump-Laser die Zeitcodierung und ein schnell-wellenlängenabstimmbaren Fourier Domänen modengekoppelten (FDML) Laser die breite Abdeckung. FDML Laser wurden ebenfalls in der Gruppe Huber entwickelt und befinden sich bereits im klinischen Einsatz für die optische Kohärenztomographie (OCT).
Das zukünftige Ziel des Forschungsprojekts ist die Entwicklung eines multi-modalen Endoskops für die molekulare in vivo Bildgebung am Patienten, um die frühzeitige Diagnose verschiedener Krankheiten zu verbessern.
Die Arbeiten von Karpf et al. wurden im multidisziplinären Journal Nature Communications veröffentlicht und können über folgenden Link abgerufen werden. DOI: http://dx.doi.org/10.1038/ncomms7784
Die Publikation entstand im Rahmen des ERC Starting Grant Projektes „FDML-Raman“ von Robert Huber.
Veröffentlichung:
Karpf, S., M. Eibl, W. Wieser, T. Klein, and R. Huber, "A Time-Encoded Technique for fibre-based hyperspectral broadband stimulated Raman microscopy", Nature Communications, 6, 2015.
für die Ukraine