Schnellere Bildgebung mit molekularem Kontrast

Die optische Mikroskopie liefert heute hochauflösende Bilder, die detaillierte medizinische Diagnosen ermöglichen. Allerdings werden noch keine Verfahren bei Patientenuntersuchungen angewandt, mit denen sich Moleküle identifizieren lassen („molekularer Kontrast“). Hier könnte die sogenannte Raman-Spektroskopie weiterhelfen, mit der die chemische Zusammensetzung von Substanzen untersucht werden kann, ohne sie zu zerstören. Dabei werden mithilfe eines Lasers anhand der unterschiedlichen Streuung von Licht, das mit jedem Material eine andere charakteristische Wechselwirkung verursacht, Rückschlüsse auf die bestrahlte Substanz gezogen. In Verbindung mit einem Mikroskop lässt sich so sogar die unterschiedliche Verteilung von Molekülen abbilden. Doch die erforderlichen Aufnahmezeiten sind mit bis zu mehreren Stunden pro Bild noch zu lang, als dass die Raman-Spektroskopie in der medizinische Bildgebung und Diagnostik am Patienten aktuell Verwendung finden könnte.

Forscher um Professor Robert Huber, Leiter eines ERC-Starting-Grant-Projekts am Institut für Biomedizinische Optik (BMO) der LMU (inzwischen Universität Lübeck) arbeiten daran, die Aufnahmegeschwindigkeit und Sensitivität in der Raman-Spektroskopie zu steigern. Nun hat die Arbeitsgruppe am BMO einen grundlegend neuen Ansatz für die Raman-Bildgebung entwickelt. Über ihre aktuellen Ergebnisse berichten die Forscher in der Fachzeitschrift Nature Communications.

Verbesserung durch neue Laser

Die Forscher kombinieren zwei neuartige Lasertypen. „Wir haben einen Glasfaser-basierten Pumplaser entwickelt, mit dem wir die Ramansignale erzeugen“, sagt Sebastian Karpf vom BMO. Um das Signal dann schneller aufnehmen zu können und die vorliegenden Molekülsorten zu identifizieren, verwenden sie den sogenannten FDML-Laser. Der FDML-Laser, der ebenfalls von Robert Huber entwickelt wurde, wird bereits in der biomedizinischen Bildgebung mittels optischer Kohärenztomographie (OCT) eingesetzt. In der Augenheilkunde, der inneren Medizin und der Kardiologie wird durch den FDML-Laser eine 100mal höhere Abbildungsgeschwindigkeit der OCT erreicht.

Das System mit dem neu entwickelten Pumplaser erfasst das Ramansignal über ein zeitkodiertes Messkonzept direkter als bisherige Methoden. „Das neue System erlaubt eine schnelle hyperspektrale Raman-Mikroskopie mit molekularem Kontrast. Zugleich hat es eine breite spektrale Abdeckung und hohe Sensitivität. Es liefert Bilder mit einer hervorragenden spektralen Auflösung“, sagt Robert Huber. Ziel der Forscher ist es, ihr neuartiges Raman-System auf die medizinische Bildgebung am Menschen zu übertragen und mit OCT-Geräten zu kombinieren. Abbildungen mit molekularem Kontrast würden die frühzeitigen Diagnosemöglichkeiten verbessern. Die Verwendung eines Glasfaser-basierten Lasers ist bereits ein erster Schritt, da in Endoskopen das Licht mithilfe von Glasfasern in das Körperinnere transportiert werden kann.Nature Communications 2015

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