Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

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Projekte

Quantitative photoakustische Bildgebung der Blutsauerstoffsättigung in vivo (DFG-SBH, LA3273/1-1)

In diesem Projekt werden rechnergestützte und experimentelle Methoden entwickelt, um die quantitative Messung der Blutsauerstoffsättigung in räumlich hochaufgelösten, multispektralen, 3D Tomographiebildern zu ermöglichen. An diesem Projekt, einer Kooperation mit dem Zuse Institut Berlin, arbeiten wir an rechnergestützten Analysemethoden sowie deren experimentelle Validierung.

Elektro-optische Fabry-Pérot Ultraschallsensoren für photoakustische Bildgebung mit hoher Bildrate (DFG-SBH, LA3273/2-1)

Der jetzige Stand der Fabry-Pérot-basierten Bildgebertechnologie resultiert in einer verhältnismäßig langsamen 3D-Bildaufnahme (mehrere Minuten). Um schnelle physiologische Prozesse verfolgen zu können, sind Aufnahmen mit weitaus höherer Bildrate erforderlich. In einer Kooperation mit der TH Wildau werden elektro-optisch abstimmbare Fabry-Pérot Ultraschallsensoren entwickelt, um hochparallelisierte und um Größenordnungen schnellere Bildaufnahmen zu ermöglichen.

Genetisch exprimierte Reporterproteine und Chromophoren für die photoakustische Bildgebung

Um normalerweise transparente Säugetierzellen, wie z.B. Stammzellen oder Tumorzellen, in tiefem Gewebe mittels photoakustischer Tomographie (PAT) zu detektieren, wird oftmals die Methode der genetischen Exprimierung von Reporterproteinen oder pigment-produzierenden Enzymen genutzt. Fluoreszente Proteine sind nicht für PAT geeignet, da sie bleichen und relativ geringe photoakustische Signalamplituden erzeugen.

Um diese Limitationen zu überwinden, wird die Entwicklung photo-schaltbarer Proteine (Phytochrome) vorangetrieben, deren erfolgreiche in vivo Detektion trotz des starken Hintergundkontrasts durch Haemoglobin wir vor kurzem demonstrieren konnten.

Photoakustisches Bild der Vaskulatur eines subkutanen Tumors und der umliegenden Haut. Die Tumorzellen exprimieren ein photoschaltbares Protein (grün), dessen räumliche Verteilung durch photoakustische Differenzbildgebung bestimmt wurde.

Photoakustisches Bild der Vaskulatur eines subkutanen Tumors und der umliegenden Haut. Die Tumorzellen exprimieren ein photoschaltbares Protein (grün), dessen räumliche Verteilung durch photoakustische Differenzbildgebung bestimmt wurde.

Photoakustisches Bild der Vaskulatur eines subkutanen Tumors und der umliegenden Haut. Die Tumorzellen exprimieren ein photoschaltbares Protein (grün), dessen räumliche Verteilung durch photoakustische Differenzbildgebung bestimmt wurde.

Photoakustische Lebensdauer-Bildgebung von Fluorophoren mittels Pump-Probenanregung

Um die Limitationen derzeitiger Ansätze zur photoakustischen, molekularen Bildgebung zu überwinden, haben wir eine neuartige, experimentelle Methode für die Detektion von Fluorophoren entwickelt. Die Methode nutzt Pump-Probenanregung, um durch stimulierte Emission eine Modulation der photoakustischen Signalamplitude zu erzeugen. Dadurch kann die räumliche Verteilung der Fluorphore in photoakustischen Differenzbildern dargestellt werden, in welchen der sonst dominante endogene Konstrast eliminiert ist. Wir haben vor kurzem ebenfalls zeigen können, dass Unterschiede in der Fluoreszenzlebensdauer detektiert werden können. Diese Methode hat daher das Potential, die Detektion multipler Fluorphoren (Multiplexing) und des Förster Resonanzenergietransfers (für z.B. Protein-Protein-Interaktionstudien), sowie die Messung lokaler Parameter (wie z.B. pH), zu ermöglichen.

Entwicklung hochempfindlicher Ultraschallmessverfahren und -technologien

Die Entwicklung neuartiger, hochempfindlicher Verfahren für die Messung von Ultraschallfeldern hat eine Schlüsselrolle für die Translation der photoakustischen Tomograpie hin zu humanen Anwendungen, da dadurch Eindringtiefen von mehreren Zentimetern ermöglicht werden. Entsprechende Technologien könnten auf optischen Meßverfahren oder nanostrukturierten Festkörperdetektoren basieren.

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