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Berührungsloses Fühlen

Licht ermöglicht eine nichtinvasive in vivo-Elastographie von Zellverbänden.

  • Jürgen Czarske, Jochen Guck, Raimund Schlüßler und Stephanie Möllmert
  • 01 / 2018 Seite: 37

Licht erlaubt es, die mechanischen Eigenschaften von Zellen und Geweben berührungslos und mit hoher Auflösung zu messen. Fortschritte in der Optik und Photonik haben zu einer neuartigen Bildgebung der elastischen Eigenschaften von Zellverbänden geführt. Diese Elastographie nutzt die Brillouin-Streuung, die auf einer Wechselwirkung von akustischen Phononen und Photonen basiert. Der Paradigmenwechsel von taktilen zu optischen Methoden führt zu vielen Alleinstellungsmerkmalen und ist für die Erforschung von Krankheiten von großer Bedeutung.

Die mechanischen Eigenschaften von biologischen Geweben sind eng mit ihren funktionalen Fähigkeiten verwandt und spielen in vielen Bereichen der Biologie und Medizin eine bedeutende Rolle. Hippokrates von Kos (* um 460 v. Chr.; † um 370 v. Chr.), der als Begründer der Medizin als Wissenschaft gilt, nutzte bereits diesen Zusammenhang. Beim Abtasten von Gewebe werden die mechanischen Eigenschaften erfühlt, woraus sich Erkenntnisse für viele Krankheiten folgern lassen. Heute wissen wir, dass verschiedene Krankheiten mit der Viskoelastizität von Gewebe korreliert sind. Koronare Arterien, die durch Arteriosklerose eine verringerte Elastizität aufweisen, können zu Herz-Kreislaufproblemen führen. Mechanisch geschwächte Knochen stellen bei einer Osteoporose ein ernsthaftes orthopädisches Problem dar. Die altersbedingte Versteifung der kristallinen Linse ist die primäre Ursache der Presbyopie (Alterssichtigkeit) und auch am Ausbruch von Katarakten beteiligt – die häufigste Ursache für Blindheit in unserer Welt. In der Onko­logie ermöglichen es die elastischen Eigenschaften, zwischen gesundem Gewebe und bösartiger Gewebe­neubildung (maligne Neoplasie) zu unter­scheiden. Bei der Vor­sorgeuntersuchung zu Brustkrebs wird abgetas­tet, um gehärtete Knoten zu erfühlen. Zudem beeinflusst die Steifigkeit der extrazellulären Matrix die Motilität von Zellen. Aus diesen Gründen ist es wichtig, die visko­elas­tischen Eigenschaften von Gewebe und Zellen zu erfassen. Doch welche physikalischen Methoden stehen dafür zur Verfügung? (...)

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