Ein tiefgehendes Verständnis biologischer Prozesse ist entscheidend für die wirksame Behandlung von Krankheiten. Im Rahmen des EU-geförderten Projekts SWIMMOT entwickeln Expert:innen des AIT Center for Health and Bioresources unter der Leitung von Stefan Schrittwieser eine neue Technologie, um optische Bildgebungsverfahren signifikant zu verbessern. Ziel ist es, störendes Hintergrundrauschen bei mikroskopischen und tomographischen Aufnahmen gezielt zu eliminieren und die Präzision der medizinischen Bildgebung deutlich zu erhöhen.
Optische Bildgebungsverfahren wie photoakustische Bildgebung oder optische Kohärenztomographie ermöglichen es Forschenden, zelluläre und molekulare Prozesse sichtbar zu machen. Allerdings wird die Aussagekraft dieser Verfahren durch störendes Hintergrundrauschen eingeschränkt, das die Darstellung biologisch relevanter Strukturen erschwert. Um diesem Problem zu begegnen, nutzt das Forschungsteam maßgeschneiderte Nanopartikel als Kontrastmittel. Diese Partikel besitzen spezielle optische, magnetische und biologische Eigenschaften, die es erlauben, sie gezielt ein- und auszuschalten ("ON" und "OFF").„Durch das gezielte Ein- und Ausschalten des Kontrastmittels bei der von uns entwickelten Bildgebung gelingt es erstmals, störendes Hintergrundrauschen vollständig aus optischen Aufnahmen zu entfernen. Damit möchten wir biologische Prozesse wie die Insulinproduktion in der Bauchspeicheldrüse oder Veränderungen in der Netzhaut mit bislang unerreichter Präzision sichtbar machen“, erklärt Projektleiter Stefan Schrittwieser vom AIT.
Konkret erzeugt das Forschungsteam Bilder im aktivierten (ON) und deaktivierten (OFF) Zustand der Nanopartikel. Durch die anschließende Subtraktion der beiden Aufnahmen lässt sich das Hintergrundrauschen effektiv herausrechnen. Erste erfolgreiche Versuche wurden bereits an künstlichen Modellen und auch schon an Zebrafischen durchgeführt. Das Ziel ist es, insulinproduzierende Zellen der Bauchspeicheldrüse sowie Blutgefäße in der Netzhaut klar zu visualisieren. Diese Fortschritte legen eine wesentliche Grundlage für weiterführende Diabetesforschung. Sie ermöglichen ein besseres Verständnis von Krankheitsmechanismen wie der diabetischen Retinopathie, einer Erkrankung, die bei Menschen mit Diabetes zur Erblindung führen kann. Darüber hinaus ermöglicht die neue Bildgebungstechnologie eine schonende Untersuchung der Fischmodelle, ohne diesen Schaden zuzufügen, und trägt dazu bei, die Anzahl der für aussagekräftige Ergebnisse benötigten Versuchstiere deutlich zu reduzieren. Die Ergebnisse des Projekts SWIMMOT könnten künftig maßgeblich dazu beitragen, molekulare Grundlagen von Erkrankungen besser zu verstehen und neue Therapieansätze gezielt voranzutreiben.
Das Projekt SWIMMOT wird im Rahmen des Horizon-2020-Programms der Europäischen Union unter dem Grant Agreement Nr. 899612 gefördert.
Weitere Informationen zum Projekt unter: www.swimmot.researchproject.at