SLOT: Neuartiges tomografisches Bildgebungsverfahren

23.04.2013
Foto: Abbildung einer murinen Lunge

Rohdaten einer murinen Lunge. Links: Transmissionsbild; Mitte: Autofluoreszenzbild; Rechts: Superposition beider Signale; © LZH

Die Laser-Raster-Tomografie ist eine schnelle Methode zur Abbildung biologischer Gewebe bis hin zu kompletten Organen in hoher 3D-Auflösung.

Das unter der Bezeichnung Scanning Laser Optical Tomography (SLOT) zum Patent angemeldete Verfahren wurde vom Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) ursprünglich als 3D-Fluoreszenzverfahren für ein schnelles Abtasten großer Proben entwickelt.

SLOT, das als lichttechnisches Äquivalent zur Computertomografie gesehen werden kann, arbeitet mit isotroper Auflösung, d.h. gleicher Auflösung in allen drei räumlichen Achsen und erfasst simultan sowohl Transmissions- als auch Streu- und Fluoreszenzlicht. So werden Proben mit einer 3D-Auflösung von mindestens 1/1000 der Objektgröße in sehr kurzer Zeit abgebildet.
Ziel im aktuellen Projekt zur Weiterentwicklung dieser zukunftsträchtigen Technologie ist, eine Aufnahmegeschwindigkeit von 20 s für 600 Einzelprojektionen zu erreichen.

Im Vergleich zur Optischen Projektionstomografie birgt SLOT entscheidende Vorteile: Neben einer homogenen Beleuchtung mit 300-fach höherer Photonenausbeute sowie einem sehr hohen Signal-Rauschverhältnis von 10 - 90 dB lassen sich Ringartefakte und Speckles aufgrund eindimensionaler Detektion vermeiden. Des Weiteren erlaubt das Verfahren die Verwendung sowohl intrinsischer (Absorption, Streuung, Autofluoreszenz) als auch extrinsischer (Fluoreszenz-und Absorptionsmarker) Kontrastmechanismen.

Auf der Basis intrinsischer Kontrastverfahren entstanden ex-vivo hochaufgelöste volumetrische Darstellungen unter anderem von Heuschreckengehirnen und Mäuselungen. Mithilfe von Absorptions- und Autofluoreszenz-Bildverfahren bildeten die Forscher – beispielsweise am zuvor optisch aufgeklarten Lungengewebe – Strukturen bis in die Auflösungsebene einzelner Alveolen ab.

Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass sich SLOT auch für die Bestimmung von Objekten auf intransparenten Probenoberflächen eignet. So gelang 2012 die dreidimensionale Visualisierung von Bakterienwachstum auf der Oberfläche von Dentalimplantaten sowie die Darstellung der in vitro Entwicklung (und damit die Erweiterung in die vierte Dimension) der Mikroorganismen ohne Fluoreszenzfärbung. Technische Grundlage ist die Detektion des an lebenden Biofilmen gestreuten Laserlichts beziehungsweise die wellenlängenabhängige Absorption von Metabolismusmarkern wie 2,3,5-Triphenyltetrazoliumchlorid (TTC), die in den stoffwechselaktiven Bakterienzellen in 1,3,5-Triphenylformazan (TPF) umgesetzt und angereichert werden.

COMPAMED.de; Quelle: Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)