Rostocker Physiker entwickeln neues Mikroskopieverfahren für Augenheilkunde

In der Augenheilkunde läuft inzwischen nichts mehr ohne Laser. Forscher um Professor Oliver Stachs, Leiter der AG Experimentelle Augenheilkunde der Universitätsmedizin Rostock, und Professor Heinrich Stolz von der Universität Rostock haben ein dreidimensionales laserbasiertes Mikroskopieverfahren entwickelt, mit dem sich Zellstrukturen des Auges um Größenordnungen perspektivisch schneller darstellen lassen.

Für den Erfolg des Projektes ist die Vernetzung der interdisziplinären Arbeitsgruppe essentiell. Denn das fächerübergreifende Team, das wissenschaftliche Expertise aus der Medizin, der Biologie und der Physik einbringt, setzt sich aus Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Interdisziplinären Fakultät, des Rostocker Institutes für Physik sowie der Universitätsmedizin Rostock zusammen. Mit dem zum Patent angemeldeten Verfahren der Biophotonik – so nennt sich die Lehre von der Wechselwirkung zwischen organischem Material und Licht – können neuartige Mikroskopie-Methoden zunächst an Zell- und Tiermodellen erprobt und im Anschluss in die klinisch-experimentelle Anwendung überführt werden.

Das herkömmliche Verfahren zur Untersuchung von Zellen der Hornhaut im Auge wurde bereits vor zwanzig Jahren in Rostock von Professor Joachim Stave entwickelt. Inzwischen klinisch etabliert ist es jedoch vergleichsweise langsam, so dass aufwendige Bildkorrekturen der mikroskopischen Aufnahmen notwendig seien, so Dr. Karsten Sperlich, der an der Augenklinik der Rostocker Universitätsmedizin tätig ist.

Die Patentidee, bei der es sich um eine dreidimensionale laserbasierte Mikroskopie des Auges handelt, erlaubt dank einer intelligenten Scantechnologie Gewebeschichten in höchster Auflösung in Bruchteilen einer Sekunde abzubilden. Die neue Methode nutzt bewusst erzeugte Farbfehler einer speziell entworfenen Optik in Verbindung mit einem Laser, der seine Wellenlänge periodisch ändert, um die Fokustiefe beim Mikroskopieren zu verändern. Im Gegensatz zum konventionellen Laserscanning-Mikroskop kann nun vollständig auf langsame mechanische Verschiebeelemente zur Fokuspositionierung verzichtet werden. Die neue Technik ist dadurch so schnell, dass sie erstmals die Aufnahme eines Volumenausschnitts der Hornhaut des Auges mit voller Tiefenausdehnung in etwas weniger als einer Sekunde ermöglicht.

Diese neue Methode erlaubt auch eine besonders schnelle Darstellung optischer Schnitte durch die Hornhaut. So können Zellstrukturen im Auge, insbesondere von Epithelzellen und Nerven, erstmals ohne Bewegungsartefakte in Echtzeit dargestellt werden. Die Patentanmeldung legt damit die Grundlagen für eine hochauflösende quantitative Mikroskopie der Hornhaut, die großes Potenzial für eine verbesserte Diagnostik von Oberflächenerkrankungen des Auges besitzt. Eine Translation der Technologie beispielsweise in andere medizinische Fachgebiete wie der Dermatologie oder Gynäkologie erscheint möglich. Auch hier spielen die interdisziplinäre Zusammenarbeit und Vernetzung eine wichtige Rolle: Denn durch die unmittelbare Nähe der Rostocker Physiker zu den ärztlichen Kollegen der Augenklinik der Universitätsmedizin Rostock unter Leitung von Professor Thomas Fuchsluger können klinische Fragestellungen unmittelbar bearbeitet werden.

Der Patentantrag für das neue Verfahren wurde durch die Universität Rostock mit den Erfindern Dr. Karsten Sperlich und Dr. Sebastian Bohn sowie den Professoren Heinrich Stolz, Rudolf F. Guthoff und Oliver Stachs gestellt. Im Bereich der Patentierung erhielten die Forschenden Unterstützung von Lars Worm, der als Patentingenieur für die Universität Rostock Service GmbH tätig ist. Für ihn ist die Verleihung des Patentpreises an Dr. Karsten Sperlich eine Bestätigung für den im Land vorhandenen Technologietransfer sowie der durchgeführten Innovationsförderung. „Die Arbeit mit dem Titel „Chromatisches Swept-Source Laserscanning für eine konfokale 3D-Spaltlampenmikroskopie der Kornea“ besitzt großes Potenzial und zeigt einmal mehr, dass in Mecklenburg-Vorpommern Spitzenforschung betrieben wird, die auch über Landesgrenzen hinaus Anerkennung findet“, sagt Worm. Der Patent-Preis der Deutschen Ophthalmologischen Gesellschaft wird jährlich an herausragende Erfindungen aus dem Bereich der Augenheilkunde vergeben.

Parallel zur Patentanmeldung wird auch ein Kooperationsprojekt zwischen der Universitätsaugenklinik und dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) mit 850.000 Euro gefördert. Idee, Motivation und Expertise hierfür basieren auf bereits von der DFG geförderten Projekten, in denen der Weg zur neuen Methode für eine dreidimensionale Charakterisierung der Hornhaut des Auges bereitet wurde. Text: Wolfgang Thiel

Bildunterschriften:
Vergleichende Diskussion über lokalisierte zelluläre Veränderungen anhand von Einzelbildern. (Foto: Universität Rostock/Julia Tetzke)

Mikroskopische Untersuchung der Hornhaut eines Probanden (Prof. Oliver Stachs) durch den Untersucher (Dr. Karsten Sperlich) am Laboraufbau eines prototypischen Laserscanning-Mikroskops. (Foto: Universität Rostock/Julia Tetzke).

Kontakt:
Professor Oliver Stachs
Universität Rostock
Tel.: 49 381 494-8566
E-Mail: oliver.stachs@uni-rostock.de

Fächerübergreifend fragen – forschen – entdecken: Mit der Gründung der bundesweit ersten Interdisziplinären Fakultät im Jahr 2007 hat die Universität Rostock wissenschaftliche Maßstäbe gesetzt. Anlässlich ihres 15-jährigen Jubiläums veranstaltet die Interdisziplinäre Fakultät gemeinsam mit der Hanse- und Universitätsstadt Rostock die neue Gesprächsreihe „Universität im Rathaus“. Sie richtet sich an „alle, die es einfach wissen wollen“. Inwiefern „Knochen unter Strom“ bzw. elektrisch aktive Implantate Gelenk-Patient*innen helfen oder heilen können, diskutieren am 10. November 2022 ab 18 Uhr Prof. Ursula van Rienen sowie Prof. Rainer Bader vom Sonderforschungsbereich ELAINE mit Andreas Markschies von der Medizintechnik Rostock GmbH im Rostocker Rathaus.
Der Eintritt ist frei.

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