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 Menge der abgegebenen Antibiotika in der Tiermedizin sinkt weiter
23.07.2018 | Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit (BVL)

nachricht Die Gene sind nicht schuld
20.07.2018 | Technische Universität München

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: 467 km/h in Los Angeles: TUM-Hyperloop-Team bleibt Weltmeister

Mit grandiosen 467 Stundenkilometern ist die dritte Kapsel des WARR-Hyperloop-Teams in Los Angeles durch die Teströhre auf dem Firmengelände von SpaceX gerast. Die Studierenden der Technischen Universität München (TUM) bleiben damit auch im dritten Hyperloop Pod Wettbewerb in Los Angeles ungeschlagen und halten den Geschwindigkeitsrekord für den Hyperloop Prototyp.

Der SpaceX-Gründer Elon Musk hatte die „Hyperloop Pod Competition“ 2015 ins Leben gerufen. Der Hyperloop ist das Konzept eines Transportsystems, bei dem sich...

Im Focus: Future electronic components to be printed like newspapers

A new manufacturing technique uses a process similar to newspaper printing to form smoother and more flexible metals for making ultrafast electronic devices.

The low-cost process, developed by Purdue University researchers, combines tools already used in industry for manufacturing metals on a large scale, but uses...

Im Focus: Rostocker Forscher entwickeln autonom fahrende Kräne

Industriepartner kommen aus sechs Ländern

Autonom fahrende, intelligente Kräne und Hebezeuge – dieser Ingenieurs-Traum könnte in den nächsten drei Jahren zur Wirklichkeit werden. Forscher aus dem...

Im Focus: Superscharfe Bilder von der neuen Adaptiven Optik des VLT

Das Very Large Telescope (VLT) der ESO hat das erste Licht mit einem neuen Modus Adaptiver Optik erreicht, die als Lasertomografie bezeichnet wird – und hat in diesem Rahmen bemerkenswert scharfe Testbilder vom Planeten Neptun, von Sternhaufen und anderen Objekten aufgenommen. Das bahnbrechende MUSE-Instrument kann ab sofort im sogenannten Narrow-Field-Modus mit dem adaptiven Optikmodul GALACSI diese neue Technik nutzen, um Turbulenzen in verschiedenen Höhen in der Erdatmosphäre zu korrigieren. Damit ist jetzt möglich, Bilder vom Erdboden im sichtbaren Licht aufzunehmen, die schärfer sind als die des NASA/ESA Hubble-Weltraumteleskops. Die Kombination aus exquisiter Bildschärfe und den spektroskopischen Fähigkeiten von MUSE wird es den Astronomen ermöglichen, die Eigenschaften astronomischer Objekte viel detaillierter als bisher zu untersuchen.

Das MUSE-Instrument (kurz für Multi Unit Spectroscopic Explorer) am Very Large Telescope (VLT) der ESO arbeitet mit einer adaptiven Optikeinheit namens GALACSI. Dabei kommt auch die Laser Guide Stars Facility, kurz ...

Im Focus: Diamant – ein unverzichtbarer Werkstoff der Fusionstechnologie

Forscher am KIT entwickeln Fenstereinheiten mit Diamantscheiben für Fusionsreaktoren – Neue Scheibe mit Rekorddurchmesser von 180 Millimetern

Klimafreundliche und fast unbegrenzte Energie aus dem Fusionskraftwerk – für dieses Ziel kooperieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit. Bislang...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Natur in der Stadt – was sie leistet und wie wir sie schützen können

23.07.2018 | Veranstaltungen

Stadtklima verbessern, Energiemix optimieren, sauberes Trinkwasser bereitstellen

19.07.2018 | Veranstaltungen

Innovation – the name of the game

18.07.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Suchmaschine für «Smart Wood»

23.07.2018 | Informationstechnologie

Das Geheimnis der Höhlenkrebse entschlüsselt

23.07.2018 | Biowissenschaften Chemie

Natur in der Stadt – was sie leistet und wie wir sie schützen können

23.07.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics