Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

TRM Leipzig verbessert Analyse des weißen Hautkrebses mittels 3D-Rekonstruktion

12.08.2010
Ein Basalzellkarzinom ist ein weitverzweigtes und elastisches Gebilde. Der Tumor – auch als weißer Hautkrebs bekannt – kann von der Hautoberfläche bis in Knorpel und Knochen vordringen. Um dieses Ausbreiten und Wachsen besser zu verstehen, dafür sind spezifizierte Analyseverfahren erforderlich. Ein wesentlicher Schritt hierfür ist die dreidimensionale Visualisierung des Karzinoms. Diese gelang jetzt erstmalig am Translationszentrum für Regenerative Medizin Leipzig.

Auf den ersten Blick ist ein Basalzellkarzinom (BCC) nicht übermäßig erschreckend. Der sog. weiße Hautkrebs gilt als semimaligne, halbbösartig: Der Tumor kann zwar auch tiefe Strukturen wie Knorpel und Knochen infiltrieren und zerstören. Doch wird er frühzeitig operativ entfernt – dies gilt nach wie vor als Therapie der Wahl – fällt die Prognose gemeinhin gut aus.

Eine Problematik allerdings bringt der Hautkrebs mit sich: Zumeist treten die Tumoren im Gesicht, insbesondere an Stirn, Wangen, Nase und Oberlippe, auf. Und so zeigt sich auf den zweiten Blick, dass ein chirurgischer Eingriff den Tumor zwar vollständig entfernen muss, zugleich aber Haut und Gewebe weitgehend schonen soll.

Das ist ein Spagat, dem sich Dermatologen bei jährlich bis zu 240.000 Neuerkrankungen allein in Deutschland tagtäglich ausgesetzt sehen. „Entscheidend ist, die Ränder des Tumors während der OP so zu erfassen, dass dieser vollständig entfernt ist“, erläutert Dr. Tino Wetzig. „Andernfalls besteht das Risiko, dass das Karzinom später neu nachwächst.“ Ziel muss also ein Verfahren sein, mit dem sich die Grenzen des Basalzellkarzinoms und damit die Grenzen des chirurgischen Eingriffs klar umreißen lassen.

Dieses Anliegen hat den Oberarzt vom Universitätsklinikum Leipzig AöR ans Translationszentrum für Regenerative Medizin (TRM) Leipzig geführt. Zu Patrick Scheibe. Der Informatiker arbeitet seit März 2007 in einer von drei Serviceeinheiten. Diese sog. Core Units fungieren als zentrale Anlaufstelle für die Forschenden am TRM, unterstützen die Wissenschaft mit methodisch-technischen Leistungen u. a. aus dem Bereich „Computergestützte Mikroskopie“.

Hier geht es um die Prüfung, die Auswertung und die Verbesserung medizinischer Bilddaten. Am Schnittpunkt von Informatik und Medizin angesiedelt gehen aus dem Aufgabengebiet auch wissenschaftliche Publikationen hervor. Aktuell im Fachjournal „Experimental Dermatology“, in dem TRM-Mitarbeiter Patrick Scheibe zur erstmaligen dreidimensionalen Rekonstruktion eines Basalzellkarzinoms publiziert.

„Um zu klären, ob die Schnittränder frei von Krebszellen sind, wird das Gewebe entnommen, präpariert und unter dem Mikroskop untersucht“, schildert Scheibe das derzeitige Vorgehen. Häufig muss dann nachgeschnitten werden, zum Teil mehrmals. Direkt präoperativ die Ausbreitung des Basalzellkarzinoms zu prüfen, das hingegen geht bislang nicht. Dafür fehlt zum einen ein 3D-Modell des Karzinoms, das beispielsweise die Infiltrationstiefen und Richtungen der verschiedenen Tumorsubtypen statisch quantifiziert. Zum anderen bedarf es eines spezifizierten Analyseverfahrens, mit dem sich vor der Operation die Krebszellen in vivo erkennen ließen.

Am ersten Punkt nun haben Patrick Scheibe und seine Mitautoren angesetzt: Erstmals erarbeiteten sie die wissenschaftlichen Prinzipien, die der dreidimensionalen Rekonstruktion des BCC zugrunde liegen und publizierten diese in der aktuellen Ausgabe von „Experimental Dermatology“. Bisher war vor allem ein 3D-Verfahren für den Gebärmutterhalskrebs bekannt. Im Kern sind vier Arbeitsschritte vom Gewebsschnitt hin zur räumlichen Nachbildung erforderlich: Starre Registrierung, nichtlinearer Glättungsfilter, Segmentierung und nichtlineare Registrierung. Hinter der Entwicklung des neuen Verfahrens steckt eine akribische Detailarbeit, für die zuerst 200 Gewebsschnitte erstellt, präpariert und gescannt wurden. Die einzelnen Scans wurden anschließend so verschoben und gedreht, dass sie über den Achsenmittelpunkt zu einem kompakten Bildblock gelegt werden konnten. Über einen Segmentierungsalgorithmus, der die unterschiedlichen Gewebearten mittels des Farbraumes der Bilder klassifiziert, ließen sich nunmehr der Hintergrund, das Umgebungsgewebe und der Tumor erkennen. Im Ergebnis konnte der Basalzelltumor bis in seine feinsten Verästelungen und kleinsten Ausbuchtungen identifiziert werden.

Patrick Scheibe vergleicht das Prozedere mit einem gefüllten Brot. „Es geht darum, den Kern herauszuschälen, ihn über die drei Dimensionen Breite, Länge, Tiefe räumlich sichtbar zu machen, ohne dass wir eine Krume Brot zuviel oder einen Krümel Füllung zu wenig abbilden.“ Dabei ist die erstmals erfolgte dreidimensionale Rekonstruktion des Basalzellkarzinoms der erste Schritt der wissenschaftlichen Arbeit. Wichtiger jedoch ist, dass die 3D-Rekonstruktion genau die Datensätze liefert, die die Grundlage bilden für eine umfassende morphologische Analyse des Tumorwachstums. Auf diesem Weg lässt sich letztlich ein tieferes Verständnis von den Charakteristika und für die Behandlung des weißen Hautkrebses erlangen.

Für den 30jährigen Informatiker ist die 3D-Rekonstruktion des Basalzellkarzinoms mit dem Artikel in „Experimental Dermatology“ abgeschlossen. Er steckt schon im nächsten Forschungsprojekt des Translationszentrums für Regenerative Medizin. Für ein Großtiermodell werden seine Kenntnisse benötigt, um herauszufinden, welche Marker sich wie gut für Untersuchungen via Magnetresonanztomografie eignen.

Das Translationszentrum für Regenerative Medizin (TRM) Leipzig wurde im Oktober 2006 gegründet, um Forschungsergebnisse der regenerativen Medizin zügig in die klinische Anwendung zu überführen. Das Zentrum unterstützt junge Forschungsvorhaben, die Produkte und Verfahren für Diagnostik und Therapie entwickeln und erfolgreich in die klinische Anwendung bringen wollen. Es wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung, den Freistaat Sachsen und die Universität Leipzig gefördert.

Publikation in Experimental Dermatology:
Patrick Scheibe et al., Image-processing chain for a three-dimensional reconstruction of basal cell carcinomas, Experimental Dermatology, Volume 19, Issue 7, pages 689–691.

Autorin: Daniela Weber (TRM Leipzig)

Manuela Lißina-Krause | idw
Weitere Informationen:
http://www.trm.uni-leipzig.de
http://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1600-0625.2010.01100.x/abstract

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Kieler Wissenschaft entwickelt exzellentes Forschungsdatenmanagement
21.08.2017 | ZBW – Leibniz-Informationszentrum Wirtschaft

nachricht Computer mit Köpfchen
18.08.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Wissenschaftliche Grundlagen für eine erfolgreiche Klimapolitik

21.08.2017 | Veranstaltungen

DGI-Forum in Wittenberg: Fake News und Stimmungsmache im Netz

21.08.2017 | Veranstaltungen

European Conference on Eye Movements: Internationale Tagung an der Bergischen Universität Wuppertal

18.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Ein neuer Indikator für marine Ökosystem-Veränderungen - der Dia/Dino-Index

21.08.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Kieler Wissenschaft entwickelt exzellentes Forschungsdatenmanagement

21.08.2017 | Informationstechnologie

Wie Pflanzen ihr Gedächtnis vererben

21.08.2017 | Biowissenschaften Chemie