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3D-Modelle von ganzen Maus-Organen von Wissenschaftlern erstellt - Technik könnte verwendet werden, um Modelle von Biopsien zu erstellen

Die Ingenieure der Yale University haben zum ersten Mal 3D-Modelle ganzer intakter Mausorgane erstellt, eine Leistung, die sie mithilfe der Fluoreszenzmikroskopie erreicht haben. Das Team berichtet seine Ergebnisse in der Mai / Juni-Ausgabe des Journal of Biomedical Optics, in einer Studie, die gerade online veröffentlicht wurde.
Durch die Kombination einer bildgebenden Technik, der Multiphotonenmikroskopie mit "optical clearing", die eine transparente Lösung des Gewebes ermöglicht, waren die Forscher in der Lage, Mausorgane zu scannen und hochauflösende Bilder von Gehirn, Dünndarm, Dickdarm, Niere, Lunge und Lunge zu erstellen Hoden. Sie erstellten dann 3D-Modelle der kompletten Organe - eine Leistung, die bisher nur möglich war, indem die Organe in dünne Abschnitte geschnitten oder dabei zerstört wurden, ein Nachteil, wenn im Nachhinein mehr Informationen über die Probe benötigt werden.
Mit herkömmlicher Mikroskopie können Forscher nur Gewebe bis zu einer Tiefe von 300 Mikrometern abbilden, das entspricht etwa der dreifachen Dicke eines menschlichen Haars. Bei diesem Verfahren werden Gewebeproben in dünne Scheiben geschnitten, mit Farbstoffen gefärbt, um verschiedene Strukturen und Zelltypen hervorzuheben, einzeln abgebildet und dann wieder zu 3D-Modellen zusammengesetzt. Das Yale-Team war im Gegensatz dazu in der Lage zu vermeiden, die Organe zu schneiden oder zu färben, indem es sich auf die natürliche Fluoreszenz verließ, die vom Gewebe selbst erzeugt wurde.
Die Multiphotonenmikroskopie - so genannte Photonen, die fluoreszierende Zellen im Gewebe anregen - kann in Kombination mit optischer Klärung ein größeres Sichtfeld in viel größeren Tiefen abbilden und ist nur durch die Größe der verwendeten Linse begrenzt. Sobald das Gewebe mit einer Standardlösung gereinigt wurde, die es für optisches Licht praktisch transparent macht, strahlen die Forscher verschiedene Wellenlängen des Lichts aus, um das inhärent fluoreszierende Gewebe anzuregen. Die Fluoreszenz wird in verschiedenen Farben angezeigt, die die verschiedenen Strukturen und Gewebetypen hervorheben (in der Lunge wird z. B. Kollagen als grün und Elastin als rot dargestellt).
"Die intrinsische Fluoreszenz ist genauso effektiv wie herkömmliche Färbetechniken", sagte Michael Levene, Associate Professor an der Yale School of Engineering & Applied Science und der Teamleiter. "Es ist wie eine virtuelle 3D-Biopsie, die man beliebig manipulieren kann. Und Sie haben den zusätzlichen Vorteil, dass das Gewebe auch nach der Aufnahme intakt bleibt."
Das Yale-Team konnte Tiefen von mehr als zwei Millimetern erreichen - tief genug, um komplette Mausorgane abzubilden. Typische Gewebeproben, die während der Patientenbiopsie entnommen werden, sind ebenfalls von dieser Größe, was bedeutet, dass die neue Technik verwendet werden könnte, um 3D-Modelle von Biopsien zu erstellen, sagte Levene. Dies könnte besonders in Geweben nützlich sein, wo die Richtung eines Krebswachstums es schwierig machen könnte, zu wissen, wie Gewebeproben zu schneiden sind, bemerkte er.
Darüber hinaus könnte die Technologie schließlich verwendet werden, um fluoreszierende Proteine ​​im Gehirn der Maus zu verfolgen und zu sehen, wo verschiedene Gene exprimiert werden, oder um zu verfolgen, wo sich Medikamente im Körper bewegen, beispielsweise mittels Fluoreszenzmarkierung.
"Die Fluoreszenzmikroskopie spielt in Biologie und Medizin eine Schlüsselrolle", sagte Leven. "Die Bandbreite der Anwendungen dieser Technik ist immens, einschließlich der verbesserten Auswertung von Biopsien von Patientengeweben bis hin zu grundlegenden Studien, wie das Gehirn verkabelt wird."
Andere Autoren des Papiers sind Sonia Parra, Thomas Chia und Joseph Zinter, alle von der Yale University.
Journal of Biomedical Optics 15 (3), 036017 (Mai / Juni 2010)
Quelle: Yale Universität

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