Mikro-CT-Scanner für die Untersuchung am lebenden Organismus

Osteoporose ist eine Krankheit, bei der die Knochendichte abnimmt und damit die Anfälligkeit für Knochenbrüche in belasteten Körperregionen, insbesondere der Wirbelsäule, dem Handgelenk und der Hüfte, steigt.

Osteoporose wurde mit dem Alterungsprozess und Östrogenmangel (nach der Menopause) in Zusammenhang gebracht. Diese Krankheit zeigt sich in räumlichen und zeitlichen Veränderungen des Knochenaufbaus und in daraus folgenden Veränderungen der Knochenstärke als Konsequenz des Alterungsprozesses oder von Östrogenmangel. Der Aufbau und die Stärke der Knochen sind aber nur sehr schwer zu messen und deshalb greifen Forscher und Kliniker in den meisten Studien auf die Knochenmineraldichte (BMD – Bone Mineral Density) zurück, die einfacher zu bestimmen ist als die beiden anderen Werte.

Die Stärke eines Knochens hängt mit der Knochenmenge, der Geometrie (dem Aufbau) des Knochens sowie der Qualität des Matrixgewebes zusammen. Die Messung dieser Parameter kann nicht in vivo durchgeführt werden. Das Ziel des MIAB-Projekts war die Quantifizierung von Veränderungen der Dichte, Geometrie und des Aufbaus von Knochen im Zeitablauf. Dafür wurde ein Mikro-CT-Scanner entwickelt, der Veränderungen am Aufbau der Knochen von Tieren als eine Funktion der Alterung, des Östrogenmangels und der Medikamenteneinnahme überwachen sollte.

Der innovative Mikro-CT-Scanner ist ein hochauflösender Scanner mit niedrig dosierten Röntgenstrahlen für die In-Vivo-3D-Rekonstruktion mit einer detaillierten Feststellbarkeit von bis zu 9 Mikronen in kleinen Labortieren. Die Nutzung von Computermodellen erlaubt die exakte Überwachung des Knochenaufbaus und seiner Veränderungen während der Lebensdauer eines Tieres sowohl unter als auch ohne Berücksichtigung der Einflüsse durch Krankheit oder Medikamente. Das System erlaubt die nichtinvasive Rekonstruktion jedes Querschnitts innerhalb des menschlichen Körpers. Mit dem Programm zur Bildwiedergabe können realistische 3D-Bilder erzeugt werden. Außerdem kann das Objekt durch Rotation, Verschiebung, Vergrößerung sowie Bewegung um und innerhalb des Objekts verändert werden. Das Subsystem zur physiologischen Überwachung misst überdies die Herzfrequenz, die Atmung und die Temperatur des Tieres in Echtzeit und gibt diese wieder.

Durch die Entwicklung des Mikro-CT-Scanners können kleine lokale Veränderungen an den Knochen von lebenden Ratten im Zeitablauf erkannt werden, indem einfach zwei Datensätze mit ähnlichen Ausrichtungen überlagert werden. Auf diese Weise können neue und interessante wissenschaftliche Ergebnisse mit Hinblick auf die Ätiologie und die Behandlung von Osteoporose gewonnen werden, die dieses System nicht nur zu einem nützlichen Forschungsinstrument machen, sondern auch die potenziellen kommerziellen Chancen verdeutlichen.