Mikroskopische (links) und hochaufgelöste intrazelluläre Iodverteilung...
Mikroskopische (links) und hochaufgelöste intrazelluläre Iodverteilung (rechts) in einer Mäuseniere zeigen die lokale Verteilung des Kontrastmittels.

Bildquelle: Kirsten Taphorn / TUM

News • Bildgebungs-Forschung

Wie sich Kontrastmittel in Zellen verteilen

Strukturen von Organen sind bei der Mikro-CT mit konventionellem Röntgen nur schlecht sichtbar. Daher werden sehr häufig Kontrastmittel zum Anfärben genutzt. Wo sich diese genau innerhalb der Zellen verteilen und in welchen Konzentrationen sie dort vorhanden sind, wurde bisher kaum überprüft, da sich dies nur mit hochauflösenden und besonders sensitiven Verfahren untersuchen lässt.

Dies hat nun ein Forschungsteam um Julia Herzen, Professorin für Physik der Biomedizinischen Bildgebung an der Technischen Universität München (TUM), exemplarisch für zwei bereits bekannte Kontrastmittel untersucht. Das Kontrastmittel Jod-Kaliumjodid „IKI“ färbt Zellen unspezifisch an, das heißt es bindet nicht an spezielle Strukturen. Das zweite Kontrastmittel namens Eosin Y enthält Brom und färbt das Zellzytoplasma, also den Innenraum von Zellen, da es an darin liegende Proteinstrukturen bindet. 

Die Wissenschaftler veröffentlichten ihre Erkenntnisse im Fachjournal Advanced Science

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Forschende haben Kontrastmittel für die Computertomographie auf zellulärem Level mittels Ptychographie untersucht. Von links: Dr. Mirko Holler, Dr. Ana Diaz, Dr. Manuel Guizar-Sicairos, Teil des Forschungsteams.

Bildquelle: Paul Scherrer Institut / Mahir Dzambegovic

Die mit Kontrastmitteln angefärbten Gewebe wurden zunächst per dual-energy Mikro-CT (MicroDECT) begutachtet, eine Methode für quantitative Röntgenbildgebung. Damit bestimmten die Forschenden die Konzentration der Röntgenkontrastmittel im Gewebe insgesamt. Die Auflösung ist mit dieser Methode jedoch nicht ausreichend, um einzelne Zellen abzubilden. Um bestimmen zu können, wie viel Kontrastmittel sich innerhalb der Zellen und dort an den einzelnen Strukturen ansammelt, verwendeten die Forschenden dann eine besonders hochauflösende und sensitive Methode, die sogenannte ptychographische Computertomographie (PXCT), an einer Anlage des Paul Scherrer Instituts in der Schweiz. Die Methode ist zur quantitativen Bestimmung geeignet und Weichgewebe sowie Organe können damit deutlich detaillierter abgebildet werden als mit MicroDECT. 

Bei der MicroDECT lieferten beide Kontrastmittel Bilder mit vergleichbar gutem Kontrast. Erst mittels Ptychographie konnte festgestellt werden, dass sich die Aufnahme der beiden Kontrastmittel in die Zellen deutlich unterscheidet. „Überraschend war, dass beide Kontrastmittel in den Zellen jeweils nur in sehr geringen Konzentrationen gemessen wurden, verglichen mit der zugehörigen Ausgangslösung, die wir zum Färben verwendet haben“, sagt Erstautorin Kirsten Taphorn. „Generell konnten wir feststellen, dass Eosin Y sich in den Zellen deutlich weniger anreicherte als das jodbasierte Kontrastmittel“. 

Das Forschungsteam untersuchte in der aktuellen Studie zunächst zwei bekannte Kontrastmittel. „Zukünftig könnte Ptychographie eingesetzt werden, um neu entwickelte Kontrastmittel zu analysieren und sicherzustellen, ob diese auch wirklich an die gewünschten Strukturen binden. Besonders interessant wäre dies bei Kontrastmitteln, die an sehr spezifische Strukturen binden, zum Beispiel an ein bestimmtes Protein in Tumorgewebe. Diese neuen Kontrastmittel könnten dann in Kombination mit virtueller röntgenbasierter Histologie verwendet werden“, resümiert Prof. Julia Herzen, Leiterin der Studie. 


Quelle: Technische Universität München

04.10.2022

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