3D-Bilder vom Netzwerk kleinster Blutgefäße

24.04.2017

Was auch mit neuesten bildgebenden Techniken in der Medizin bisher nicht möglich war, ist einem interdisziplinären Team der Universitäten Bayreuth und Marburg jetzt gelungen: eine hochauflösende Darstellung kleinster Blutgefäße des Menschen, die in Organen wie der Milz oder dem Knochenmark enthalten sind.

Bild: Ein rot-grün-graues Geflecht, das Blutgefäße darstellt; Copyright: Oleg Lobachev

3D-Rekonstruktion von Blutgefäßen im Knochenmark. Grün: große Gefäße; rot: kleine Gefäße (Kapillaren); grau: Anschnitte der Gewebeprobe; ©Oleg Lobachev

Die Forscher haben ein Verfahren entwickelt, welches das hochkomplexe Netzwerk dieser Blutgefäße in Gewebeproben dreidimensional sichtbar macht. Wie die neue Technik funktioniert, zeigen sie in den Zeitschriften Medical Image Analysis und PLOS ONE.

Die Wissenschaftler um Prof. Michael Guthe und Dr. Oleg Lobachev in Bayreuth (Informatik) und Prof. Birte Steiniger in Marburg (Anatomie) nutzen eine Methode, die in der Medizin und der Biologie unter der Bezeichnung "Immunhistologie" bekannt ist.

Damit können Moleküle, die nur in Zellen der Innenwände von Blutgefäßen vorkommen, sichtbar markiert werden. Dies ist allerdings nur mit Hilfe feiner Scheiben möglich, die mit einem speziellen Schneidegerät aus einer Gewebeprobe herausgetrennt werden und nur fünf bis sieben Tausendstel eines Millimeters dick sind.

Bei dem neuen, in Bayreuth und Marburg entwickelten Verfahren werden diese Gewebeschnitte zunächst mit einem Scanmikroskop fotografiert. Anschließend müssen die Bilder vieler aufeinanderfolgender Schnitte exakt übereinandergelegt werden, um den dreidimensionalen Verlauf der Blutgefäße zu rekonstruieren.

Hierbei tritt jedoch ein grundsätzliches Problem auf: Weil die Schnitte so extrem dünn sind, verzerrt sich das Gewebe beim Schneiden. Es treten unterschiedliche Verzerrungen innerhalb jedes einzelnen Schnitts auf, so dass sich aneinandergrenzende Schnitte einer Serie nicht mehr korrekt zusammenfügen lassen.

Den Bayreuther Informatikern ist es nun gelungen, dieses Problem mit Hilfe eines von ihnen entwickelten Softwaresystems zuverlässig zu lösen. Die vom System automatisch bereinigten Daten werden an einen leistungsstarken Rechner übermittelt und in hochauflösende dreidimensionale Bilder übersetzt. Dabei werden auch die Größenverhältnisse der Blutgefäße wirklichkeitsgetreu abgebildet.

"Unser Verfahren ist von großem Interesse für die medizinische Grundlagenforschung, die das komplexe Geflecht von Blutgefäßen in der Milz und im Knochenmark bis heute nicht präzise durchschaut hat. Für den Einsatz in der medizinischen Diagnostik ist es allerdings beim derzeitigen Stand der Technik noch zu langsam, weil enorme Datenmengen verarbeitet werden müssen", erklärt. Guthe.

Die bisherigen Untersuchungen haben bereits zu überraschenden Erkenntnissen geführt. So hat sich herausgestellt, dass die feinsten Blutgefäße in der Milz offen enden und das Blut für eine kurze Strecke außerhalb von Blutgefäßen fließt.

Im blutbildenden Knochenmark des Beckenkamms verlaufen die beiden bisher bekannten Arten feinster Blutgefäße (Kapillaren) vermutlich nicht hintereinander, sondern nebeneinander. Darüber hinaus zeigte sich, welche Antikörper man verwenden muss, um beide Gefäßarten gleichzeitig nachzuweisen und somit die feinsten Gefäße im Knochenmark vollständig darzustellen.

MEDICA.de; Quelle: Universität Bayreuth

Mehr über die Universität Bayreuth unter: www.uni-bayreuth.de