Ny måleopsætning ved MLL muliggør en mere præcis kræftdiagnosticering

Hubertus Hakert, ph.d.-studerende ved Medizinisches Laserzentrum Lübeck GmbH (MLL), arbejder med højtopløselig funktionel billeddannelse med stimuleret Raman-spredning som en del af Celltom-projektet. Han har netop præsenteret sine seneste resultater på SPIE Photonics West, der er verdens største messe indenfor biomedicinsk optik og fotonik med over 5000 foredrag og en parallel industrimesse med mere end 1300 virksomheder. Titlen på hans oplæg var Label-free imaging of tumorous tissue in the Raman fingerprint region with time-encoded (TICO) stimulated Raman scattering.

Raman-spredning er en særlig form for uelastisk spredning af lys, som gør det muligt at bestemme karakteristiske egenskaber ved medicinske prøver uden brug af eksterne markører. Indenfor biomedicinske anvendelser benytter man denne effekt til at kunne skelne mellem raskt og kræftvæv.

Hubertus Hakert har ved MLL udviklet en ny teknisk tilgang til Raman-billeddannelsen, der kan overvinde mange af ulemperne ved eksisterende systemer. På konferencen præsenterede han målinger, som han havde udført sammen med partnerne fra Celltom-konsortiet (billede 1), der understøtter evalueringen af den nye opbygning af Raman-mikroskopi.

Billede 1: Raman-signal af en specifik kemisk markør (Amide-1) på et tumorøst vævssnit indenfor øre-næse-hals-området. Ved hjælp af disse markører kan der målrettet skelnes mellem raskt og kræftvæv. Med den nyudviklede TICO-Raman-metode kan der derudover tages billeder på meget kort tid (under 20 min.), hvilket gør det muligt at foretage en optisk diagnose af tynde vævsprøver af en biopsiprøve allerede under operationen.

Billede 2: Raman-billede af et vævssnit fra en rask næsemusling. Her vises signalet fra lipider (rødt) såvel som fra kollagen og proteiner (grønt). Det viste billede med 500 x 500 pixel og 64 spektrale punkter blev taget på ca. 5 minutter.

Ved hjælp af belysning med forskellige farver kan man ved Raman-billeddannelsen målrettet eksitere og måle såkaldte markører (særlige kemiske forbindelser) i en prøve. Herved kan de kemiske bestanddele af prøven identificeres helt præcist. Det er især fingerprint-området (1), som indeholder de vigtigste og hyppigst forekommende markører, der har et særlig højt potentiale for den kemiske inddeling af fx . de afbildede proteiners struktur. De Raman-signaler, der forekommer i dette område, er dog meget små, hvilket gør det svært at påvise dem og kræver lange optagelsestider. Den nye opbygning ved MLL til måling i fingerprint-området gør det muligt at måle svage signaler på relativ kort tid (billede 2). Samtidigt kan der dannes billeder i de bedre udforskede områder af Raman-spektret med stærke signaler, hvilket giver oplysninger om fx forholdet mellem fedt og protein i prøven og dermed tillader følgeslutninger om en mulig tumorøs karakter.

Billede 2 viser raskt væv fra en næsemusling, optaget med 64 markører. Aktuelt kan sådan et billede dannes på få minutter, men i nærmeste fremtid vil denne måletid kunne reduceres betydeligt via anvendelse af halv-automatiseret udvalg af de spektrale punkter med højeste gyldighed (sparse sampling) og nye laserlyskilder. Det ved MLL udviklede Raman-system dækker alle relevante områder af Raman-spektret. De selvudviklede laserlyskilder er fuldstændig fiberbaserede, lette at vedligeholde og skal i fremtiden testes endoskopisk. Ud over de tekniske nyheder vil MLL i fremtiden udvikle en analyse af rådata fra billeddannelsen, der er understøttet af kunstig intelligens.


(1) I Raman spektroskopi belyses en prøve med polariseret laserlys og det lys, der spredes fra molekylerne i prøven, måles. Raman-målinger udføres typisk som refleksionsmålinger. Raman-spektret, der afbilder Raman intensiteten som funktion af bølgetallet, består af skarpe linjer, der afspejler vibrationsbevægelserne af molekylernes atomer. Et Raman-spektrum danner derfor et ”fingeraftryk” (fingerprint) af de molekyler der måles på (http://www.sdu.dk/~/media/Files/Om_SDU/Institutter/SENSE/LABS/Ramanlab.ashx).