Blick ins Gewebe: Wie Röntgenphysik frühe Krankheitsprozesse sichtbar macht

Die TU Berlin entwickelt im verlängerten Sonderforschungsbereich „Matrix in Vision“ hochauflösende Röntgenmethoden weiter

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert den Sonderforschungsbereich 1340 „Matrix in Vision“ für weitere vier Jahre. An dem Verbund ist auch die Technische Universi-tät Berlin beteiligt. Das TU-Teilprojekt „Röntgenmikroskopie und Spektroskopie zur Spezia-tion der chemischen Umgebung von Metall basierten Bildgebungssonden“ unter der Lei-tung von Prof. Dr. Birgit Kanngießer, Leiterin des Fachgebiets Experimentalphysik mit dem Schwerpunkt Analytische Röntgenphysik, entwickelt neue Röntgenverfahren, mit denen krankhafte Veränderungen in menschlichen Zellen und Geweben besonders hochauflösend untersucht werden können.

Bild: © FG Experimentalphysik mit dem Schwerpunkt Analytische Röntgenphysik. Das im Projekt verwendete Labor-Transmissions-Röntgenmikroskop (L-TXM) verwendet weiche Röntgenstrahlung, um biomedizische Proben mit sub-Mikrometer Auflösung abzubilden.

Im Mittelpunkt des Sonderforschungsbereichs steht die extrazelluläre Matrix. Sie ist das feine Netzwerk zwischen den Zellen, das Gewebe stabilisiert und wichtige Signale an Zellen weitergibt. Bei vielen entzündlichen Erkrankungen und bei Krebs verändert sich diese Matrix bereits in frühen Krankheitsstadien. Diese Veränderungen besser sichtbar zu machen, kann langfristig helfen, Krankheiten früher zu erkennen und Therapien gezielter zu unterstützen.

Menschliches Gewebe und Zellen im Fokus

Die TU Berlin bringt in den Verbund ihre Expertise in der analytischen Röntgenphysik ein. Nachdem in den ersten Förderphasen vor allem Tier- und Zellmodelle untersucht wurden, rückt nun die Analyse menschlicher Gewebe und Zellen stärker in den Fokus. Dafür werden unter anderem die Probenvorbereitung und die Bildgebung weiterentwickelt.

Ein Schwerpunkt liegt auf der Kombination verschiedener Mikroskopieverfahren. Die Forschenden verbinden Röntgenmikroskopie mit Fluoreszenzmikroskopie, um Strukturen der extrazellulären Matrix genauer zuzuordnen und bis in den Nanometerbereich aufzulösen. Ein Nanometer entspricht einem Millionstel Millimeter. Untersuchungen an Synchrotronanlagen, also besonders leistungsstarken Röntgenquellen, werden dafür auch mit einem mobilen hochauflösenden Nanoskop durchgeführt und mit Untersuchungen des Labor-Röntgenmikroskops kombiniert.

Dreidimensionale Einblicke in Zellen und ihre Umgebung

Zugleich arbeitet das Team daran, die Röntgenmikroskopie im weichen Röntgenbereich auch im Labor weiterzuentwickeln. Sie soll künftig dreidimensionale Einblicke in Zellen und ihre Umgebung ermöglichen, ohne dass für jede Untersuchung Großforschungsanlagen wie Synchrotrons genutzt werden müssen. Ergänzend werden Verfahren der automatisierten Datenverarbeitung und des maschinellen Lernens eingesetzt. Sie sollen helfen, große Bilddatensätze auszuwerten, Zellbestandteile besser zu erkennen und Veränderungen der extrazellulären Matrix präziser zu erfassen.

Langfristig soll eine Datenbank mit aufeinander abgestimmten Bilddaten entstehen. Sie führt Informationen aus verschiedenen Messmethoden zusammen und soll dazu beitragen, krankhafte Veränderungen im Gewebe besser zu verstehen.

Bild: © FG Experimentalphysik mit dem Schwerpunkt Analytische Röntgenphysik. Die hier mit dem L-TXM abgebildeten THP-1 Zellen sind hilfreiche Modell-Zellen, um Prozesse der extrazellulären Matrix zu untersuchen.

Matrix in Vision

Der SFB 1340 „Matrix in Vision“ wurde zum 1. Juli 2018 an der Charité – Universitätsmedizin Berlin eingerichtet. Sprecher des Verbunds ist Prof. Dr. med. Dipl.-Phys. Matthias Taupitz. Beteiligt sind neben der Charité unter anderem die Freie Universität Berlin, die Technische Universität Berlin, das Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung, die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, die Physikalisch-Technische Bundesanstalt sowie die Technische Universität München mit dem Klinikum rechts der Isar.

Prof. Dr. Birgit Kanngießer, birgit.kanngiesser(at)tu-berlin.de . +49 30 314-21428

Quelle: Technische Universität Berlin - Einrichtung Experimentalphysik mit dem Schwerpunkt Analytische Röntgenphysik - Autorin: Barbara Halstenberg.

Bildmaterial: © FG Experimentalphysik mit dem Schwerpunkt Analytische Röntgenphysik