Biotechnologen, natuurkundigen, en medische onderzoekers van de Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) hebben technologie ontwikkeld voor microscopische beeldvorming in levende organismen. Een geminiaturiseerde multi-fotonmicroscoop, die in de toekomst in een endoscoop kunnen worden gebruikt, stimuleert de lichaamseigen moleculen om te verlichten en maakt het mogelijk cellen en weefselstructuren in beeld te brengen zonder het gebruik van synthetische contrastmiddelen. De bevindingen zijn nu gepubliceerd in het gerenommeerde tijdschrift Geavanceerde wetenschap .

Laser gebruikt om moleculen te verlichten

Het is vaak nodig om weefselmonsters onder de microscoop te onderzoeken om ziekten te diagnosticeren. Het gaat om het nemen van dergelijke monsters met behulp van colonoscopie, bijvoorbeeld, en het toepassen van contrastmiddelen om verschillende soorten weefsel effectief te onderscheiden. Biotechnologen, natuurkundigen en medische onderzoekers van de FAU hebben nu een proces ontwikkeld dat het onderzoek van de dikke darm en andere organen aanzienlijk zou kunnen vereenvoudigen. Ze hebben multi-fotonenmicroscopie zodanig geminiaturiseerd dat ze in endoscopen kunnen worden gebruikt. "Een multi-fotonenmicroscoop zendt gedurende een extreem korte tijd gefocusseerde laserpulsen uit met een zeer hoge intensiteit, " legt Prof. Dr. Dr. Oliver Friedrich van de leerstoel Medische Biotechnologie uit. "Tijdens dit proces, twee of meer fotonen werken gelijktijdig samen met bepaalde moleculen in het lichaam, waardoor de moleculen oplichten."

Multifotonenmicroscopie biedt beslissende voordelen ten opzichte van conventionele methoden. Patiënten hoeven geen synthetische contrastmiddelen te nemen voor het afbeelden van delen van bindweefsel, omdat de lichaamseigen markers oplichten door de excitatie door fotonen. In aanvulling, de multifotonenlaser dringt diep door in de cellen, bijvoorbeeld in de wanden van de dikke darm, en biedt driedimensionale beelden met hoge resolutie van levend weefsel, terwijl conventionele colonoscopie beperkt is tot afbeeldingen van het oppervlak van de dikke darm. De procedure kan biopsieën aanvullen of in sommige gevallen zelfs overbodig maken.

Multi-fotontechnologie in een draagbaar apparaat

Multifotonenmicroscopen worden al gebruikt in medische toepassingen, vooral op het oppervlak van de huid. Bijvoorbeeld, dermatologen gebruiken ze om te zoeken naar kwaadaardig melanoom. De uitdaging bij het gebruik van deze microscopen bij endoscopisch onderzoek is de grootte van de technische componenten. Onderzoekers van de FAU zijn er nu in geslaagd om de hele microscoop en femtoseconde laser in een compacte, draagbaar apparaat. De objectieflens is ondergebracht in een canule van 32 millimeter lang en een diameter van 1,4 millimeter. Het brandpunt kan elektronisch worden aangepast om de optische penetratie te variëren. Op de punt van de naald bevindt zich een prisma dat een zijdelings zicht in de dikke darm mogelijk maakt, wat betekent dat vanuit dezelfde positie verschillende rotatiebeelden van het weefsel kunnen worden gemaakt.

In de huidige experimenten op kleine dieren, het door de laser uitgestraalde licht wordt via een star systeem doorgelaten. Er is meer onderzoek nodig om het systeem te integreren in een endoscoop. "Er zijn speciale fotonische kristalvezels nodig om de laserpulsen te geleiden, " zegt Friedrich. "Bovendien, naast de objectieflens, het hele scanmechanisme moet worden geminiaturiseerd om te kunnen worden geïntegreerd in een flexibele endoscoop."

Multi-foton-orgelatlas en pathologieën

Multi-foton micro-endoscopie is niet alleen nuttig voor het onderzoeken van de dikke darm. Het kan ook in andere delen van het lichaam worden gebruikt, zoals in de mond en keel of in de blaas. Het doel van de nieuwe methode is om de arts in staat te stellen op micrometerschaal te detecteren of orgaancellen en delen van de celwand zijn veranderd. Zo kunnen complexe verfprocessen en tijdrovende biopsieën worden beperkt. Het team van prof. Friedrich wil artsen voorzien van een beelddatabase met een multi-foton 'atlas' van organen en verschillende ziekten.