Forschung & Entwicklung

Echtzeitortung von beweglichen Mikroobjekten tief im Gewebe

Mittels multispektraler optoakustischer Tomografie können Mikroobjekte, die sich einige Zentimeter unter der Haut befinden, abgebildet werden.

Fortschritte in der Medizin bringen es mit sich, dass immer kleinere Objekte durch den menschlichen Körper bewegt werden: Mikroimplantate, Minikatheter und winzige medizinische Instrumente. Bereits jetzt wird an der nächsten Generation der minimalinvasiven Mikrochirurgie gearbeitet. Ziel ist es, dass kleine Mikroroboter mit eigenem Antrieb durch den Körper und durch das Gewebe geschickt werden, um Substanzen und Objekte zu transportieren. Gleichzeitig müssen neue Verfahren entwickelt werden, mit denen diese Mikroobjekte geortet und in ihrer Bewegung überwacht werden können. Herkömmliche Methoden wie Ultraschall, Röntgen oder Magnetresonanzthomografie scheitern dabei entweder an der unzureichenden Auflösung oder wegen Langzeitschäden durch Radioaktivität oder hohe Magnetfelder.

Professor Oliver G. Schmidt und Dr. Mariana Medina Sanchez vom Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (IFW) und ihrem Doktoranden Azaam Aziz ist hier ein entscheidender Schritt gelungen. Sie konnten die Bewegung von einzelnen Mikroobjekten unterhalb von Zentimeter dickem Gewebe in Echtzeit verfolgen. Dabei nutzten sie die sogenannte multispektrale optoakustische Tomografie (MSOT). Diese Technik kombiniert die Vorteile der Ultraschallbildgebung hinsichtlich Tiefe und Auflösung mit den Möglichkeiten optischer Methoden, molekulare Strukturen abzubilden. Damit können die spektralen Signaturen der künstlichen Mikroobjekte von denen der Gewebemoleküle deutlich unterschieden werden. Für die Untersuchung wurden die Mikroobjekte mit Goldnanostäben beschichtet. Dadurch konnte der Kontrast des Signals entscheidend verbessert werden. Damit war es erstmalig möglich, Mikrostrukturen und Systemkomponenten, die sich tief im Gewebe bewegen, in Echtzeit zu orten.

von mn

Originalveröffentlichung:

[A. Aziz, M. Medina-Sánchez, J. Claussen, O. G. Schmidt, Real-time optoacoustic tracking of single moving micro-objects in deep phantom and ex vivo tissues, Nano Lett. (2019), DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b02869]

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