Medisch fysici van de Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU) hebben een nieuwe methode ontwikkeld die gedetailleerde driedimensionale beelden van het inwendige van het lichaam kan genereren. Deze kunnen worden gebruikt om de ontwikkeling van kankercellen nader te onderzoeken. De onderzoeksgroep publiceerde haar bevindingen in Communicatie Fysica .

Clinici en wetenschappers proberen kankercellen en hun eigenschappen beter te begrijpen om een ​​gerichte kankerbehandeling te kunnen bieden. Individuele kankercellen worden vaak onderzocht in reageerbuizen voordat de bevindingen worden getest in levende organismen. "Ons doel is om kankercellen in het levende lichaam te visualiseren om erachter te komen hoe ze functioneren, hoe ze zich verspreiden en hoe ze reageren op nieuwe therapieën, " zegt medisch fysicus professor Jan Laufer van MLU. Hij is gespecialiseerd op het gebied van fotoakoestische beeldvorming, een proces dat gebruikmaakt van ultrasone golven die worden gegenereerd door laserstralen om hoge resolutie, driedimensionale afbeeldingen van het interieur van het lichaam.

"Het probleem is dat tumorcellen transparant zijn. Dit maakt het moeilijk om optische methoden te gebruiken om tumoren in het lichaam te onderzoeken, " legt Laufer uit, wiens onderzoeksgroep een nieuwe methode heeft ontwikkeld om dit probleem op te lossen. Eerst, de wetenschappers brengen een specifiek gen in het genoom van de kankercellen.

"Eenmaal in de cellen, het gen produceert een fytochroom eiwit, die afkomstig is van planten en bacteriën. Daar dient hij als lichtsensor, " zegt Laufer. In de volgende stap, de onderzoekers verlichten het weefsel met korte lichtpulsen op twee verschillende golflengten met behulp van een laser. Binnen het lichaam, de lichtpulsen worden geabsorbeerd en omgezet in ultrasone golven. Deze golven kunnen dan buiten het organisme worden gemeten, en op basis van deze gegevens kunnen twee afbeeldingen van het interieur van het lichaam worden gereconstrueerd.

"Het bijzondere van fytochroom-eiwitten is dat ze hun structuur en dus ook hun absorptie-eigenschappen veranderen, afhankelijk van de golflengte van de laserstralen. Dit resulteert in veranderingen in de amplitude van de ultrasone golven die in de tumorcellen worden gegenereerd. Geen van de andere weefselcomponenten, bijvoorbeeld, aderen, hebben deze eigenschap - hun signaal blijft constant, " zegt Laufer. Door het verschil tussen de twee afbeeldingen te berekenen, een hoge resolutie, er ontstaat een driedimensionaal beeld van de tumorcellen, die vrij is van het anders overweldigende achtergrondcontrast.

De ontwikkeling van de medisch fysici van Halle kan worden toegepast op een breed scala aan toepassingen in het preklinisch onderzoek en de levenswetenschappen. Naast kankeronderzoek, de methode kan worden gebruikt om cellulaire en genetische processen in levende organismen te observeren.