Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Optical biopsies on the horizon

12.06.2003


A new imaging technique that could lead to optical biopsies without removal of tissue is being reported by biophysical scientists at Cornell and Harvard universities.

... mehr zu:
»Alzheimer »DRBIO

The advance in biomedical imaging enables noninvasive microscopy scans through the surface of intact organs or body systems. Demonstrations of the new technique are producing images of diseased tissue at the cellular level with unprecedented detail.

The new imaging technique takes advantage of a Cornell-patented fluorescence emission microscopy system and the natural fluorescence of certain bodily constituents.


Diagnoses of cancers and neurodegenerative diseases, such as Alzheimer’s disease, are two applications suggested by the researchers in their report in Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS , June 10, 2003), "Live tissue intrinsic emission microscopy using multiphoton-excited native fluorescence and second harmonic generation." The researchers predict that it should be possible to obtain endoscopic and laparoscopic images of tissues at the cellular level from deep within living animals, or even human patients, thus enabling a new form of optical biopsy.

The researchers have demonstrated the new imaging technique by making live-tissue intrinsic fluorescence scans of autopsy samples from the brains of patients with Alzheimer’s disease and by imaging mammary gland tumors in mice that serve as models of human cancer. Side-by-side comparison with conventional medical biopsy images of thin embalmed sections of the same organs reveals that the new method provides at least equal information, and in some cases contains additional diagnostic details not found in the conventional biopsies, which require invasive surgery.

Another advantage of live-tissue intrinsic emission imaging, the researchers say, is that the scans can be made through the surface of intact organs or body systems. By comparison, histopathology studies generally are performed on biopsy samples removed from subjects, then "fixed" or embalmed and stained with labeling chemicals, which involves extended time delays.The Cornell-Harvard team incorporated a technology into the new imaging procedure called multiphoton microscopy, invented in 1989 by Watt W. Webb, Cornell’s S.B. Eckert Professor of Engineering and professor of applied physics, and Winfried Denk, now director of the Max-Planck-Institut für Medizinische Forschung Biomedizinische Optik, Germany.

Members of the imaging team included Webb, who also is director of the National Institutes of Health-funded Developmental Resource for Biophysical Imaging and Optoelectronics (DRBIO); Warren R. Zipfel, associate director of DRBIO, who designed and built the experimental system; Rebecca M. Williams, a DRBIO researcher who conducted many of the imaging tests; Richard Christie and Bradley T. Hyman of the Alzheimer Research Unit at Harvard Medical School’s Massachusetts General Hospital, who provided human brain tissue and diagnosed Alzheimer’s disease with the new imaging technique and the more traditional histopathology stain methods; and Alexander Yu Nikitin, assistant professor of pathology in the Department of Biomedical Science in Cornell’s College of Veterinary Medicine, who developed genetically engineered mouse models with humanlike cancers and then performed conventional diagnostic histopathology on the specimens.

"Multiphoton microscopy produces high-resolution, three-dimensional pictures of tissues with minimal damage to living cells," Webb explains. "Using a laser that produces a stream of extremely short, intense pulses, the probability that two or three interact with an individual biological molecule at the same time is greatly increased. When this occurs, their individual energies can combine. This cumulative effect is the equivalent of delivering one photon with twice the energy (or half the wavelength) in the case of two-photon excitation, or three times the energy (one-third the wavelength) in three-photon excitation," Webb notes.

The scanning laser microscope moves the focused beam of pulsed photons across a sample at a precise depth (plane of focus) so that cells above or below the plane are not affected, according to Webb. When repeated scans at different focal planes are "stacked," a three-dimensional picture emerges.

"Multiphoton microscopy is extremely well-suited to take advantage of the natural fluorescence [the ability to give off light under bombardment by radiant energy] of certain constituents in living tissue," says Zipfel. "Some amino acids [such as tryptophan and tyrosine] fluoresce naturally with ultraviolet light. Furthermore, many of the body’s vitamin derivatives, such as retinol and riboflavin, emit longer-wavelength fluorescence."

David Brand | Cornell News
Weitere Informationen:
http://www.drbio.cornell.edu/drbio.html
http://www.news.cornell.edu/releases/June03/Intrinsic.Fluor.hrs.html

Weitere Berichte zu: Alzheimer DRBIO

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizin Gesundheit:

nachricht Kostformen im Vergleich: Für Menschen mit Diabetes ist die Mittelmeer-Diät besonders gut geeignet
19.01.2018 | Deutsches Institut für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke

nachricht Vielversprechender Malaria-Wirkstoff erprobt
19.01.2018 | Eberhard Karls Universität Tübingen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizin Gesundheit >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Maschinelles Lernen im Quantenlabor

Auf dem Weg zum intelligenten Labor präsentieren Physiker der Universitäten Innsbruck und Wien ein lernfähiges Programm, das eigenständig Quantenexperimente entwirft. In ersten Versuchen hat das System selbständig experimentelle Techniken (wieder)entdeckt, die heute in modernen quantenoptischen Labors Standard sind. Dies zeigt, dass Maschinen in Zukunft auch eine kreativ unterstützende Rolle in der Forschung einnehmen könnten.

In unseren Taschen stecken Smartphones, auf den Straßen fahren intelligente Autos, Experimente im Forschungslabor aber werden immer noch ausschließlich von...

Im Focus: Artificial agent designs quantum experiments

On the way to an intelligent laboratory, physicists from Innsbruck and Vienna present an artificial agent that autonomously designs quantum experiments. In initial experiments, the system has independently (re)discovered experimental techniques that are nowadays standard in modern quantum optical laboratories. This shows how machines could play a more creative role in research in the future.

We carry smartphones in our pockets, the streets are dotted with semi-autonomous cars, but in the research laboratory experiments are still being designed by...

Im Focus: Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

• Prototypen-Test im Lufthansa FlyingLab
• LYRA Connect ist eine von drei ausgewählten Innovationen
• Bessere Kommunikation zwischen Kabinencrew und Passagieren

Die Zukunft des Fliegens beginnt jetzt: Mehrere Monate haben die Finalisten des Mode- und Technologiewettbewerbs „Telekom Fashion Fusion & Lufthansa FlyingLab“...

Im Focus: Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien

Die dünnsten heute herstellbaren Materialien haben eine Dicke von einem Atom. Sie zeigen völlig neue Eigenschaften und sind zweidimensional – bisher bekannte Materialien sind dreidimensional aufgebaut. Um sie herstellen und handhaben zu können, liegen sie bislang als Film auf dreidimensionalen Materialien auf. Erstmals ist es Physikern der Universität des Saarlandes um Uwe Hartmann jetzt mit Forschern vom Leibniz-Institut für Neue Materialien gelungen, die mechanischen Eigenschaften von freitragenden Membranen atomar dünner Materialien zu charakterisieren. Die Messungen erfolgten mit dem Rastertunnelmikroskop an Graphen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher im Fachmagazin Nanoscale.

Zweidimensionale Materialien sind erst seit wenigen Jahren bekannt. Die Wissenschaftler André Geim und Konstantin Novoselov erhielten im Jahr 2010 den...

Im Focus: Forscher entschlüsseln zentrales Reaktionsprinzip von Metalloenzymen

Sogenannte vorverspannte Zustände beschleunigen auch photochemische Reaktionen

Was ermöglicht den schnellen Transfer von Elektronen, beispielsweise in der Photosynthese? Ein interdisziplinäres Forscherteam hat die Funktionsweise wichtiger...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Kongress Meditation und Wissenschaft

19.01.2018 | Veranstaltungen

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungen

6. Technologie- und Anwendungsdialog am 18. Januar 2018 an der TH Wildau: „Intelligente Logistik“

18.01.2018 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rittal vereinbart mit dem Betriebsrat von RWG Sozialplan - Zukunftsorientierter Dialog führt zur Einigkeit

19.01.2018 | Unternehmensmeldung

Open Science auf offener See

19.01.2018 | Geowissenschaften

Original bleibt Original - Neues Produktschutzverfahren für KFZ-Kennzeichenschilder

19.01.2018 | Informationstechnologie