Eine neue Generation von optischen Bildgebungsverfahren mit neuen im kurz-welligen Infrarot emittierenden Farbstoffen

• Antragsteller: Dr. Oliver Bruns
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik ; Biophysik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 398534632

Biomedizinische Bildgebungstechniken wie MRT, CT und PET sind heutzutage aus der Behandlung von Patienten mit Herzerkrankung, Schlaganfall, Krebs oder Autoimmunerkrankungen nicht mehr wegzudenken. Die Entwicklung von neuen, zielgerichteten Kontrastmitteln und neuartigen Bildgebungsverfahren wird personalisierte Therapien und Präzisionmedizin in der nahen Zukunft ermöglichen. Der kurzwellig infrarote Bereich (short-wave infrared - SWIR) des optischen Spektrums ist in diesem Zusammenhang vielversprechend für neue Bildgebungstechniken in der Biomedizin.Der SWIR-Bereich hat mehrere Vorteile gegenüber dem sichtbaren und nah infrarotem Bereich des optischen Spektrums: nicht vorhandene Autofluoreszenz, niedrige Lichtabsorption durch Blut und Gewebe sowie verminderte Streuung. In diesem Wellenlängenbereich erscheinen Gewebe transparent. Durch Fortschritte in der Detektionstechnologie sowie die Entwicklung von neuen Kontrastmitteln konnte demonstriert werden, dass die SWIR-Bildgebung neue Anwendungen ermöglicht. Diese Vorteile werden neue Möglichkeiten für die präklinische Bildgebung eröffnen.Während die Vorteile auf der Hand liegen, werden für eine erfolgreiche Anwendung der SWIR Bildgebung in Routineanwendungen neue, helle und zielgerichtete Kontrastmittel sowie verbesserte Bildgebungssysteme benötigt. Insbesondere für die klinische Translation müssen die Kontrastmittel sicher und die Bildgebungssysteme praktisch in der Handhabung sein.Die meisten SWIR-Bildgebungssysteme wurden bislang nur für einfache Demonstrationen genutzt. Um das volle Potential auszuschöpfen, ist das erste Ziel dieses Antrages die Entwicklung von neuen SWIR Bildgebungssystemen, die Hochgeschwindigkeit-Intravitalmikroskopie, ultrasensitive Ganzkörper-Bildgebung sowie Fluoreszenz-Molekulare-Tomographie in der Maus ermöglichen. Das zweite Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung von neuartigen hellen SWIR Kontrastmitteln für die präklinische Diabetes- und Krebsforschung. Neue Anwendung im Rahmen dieses Projektes umfassen SWIR Bildgebung von Physiologie und metabolischer Aktivität sowie die zielgerichtete SWIR Bildgebung von Tumoren. SWIR Intravitalmikroskopie wird es ermöglichen die Gehirngefäße in Mäusen durch Haut und Schädel hindurch abzubilden und hierbei detaillierte Abbilder des Blutfluss zu erstellen.In der Zukunft werden die Vorteile der SWIR Bildgebung auch die Fluoreszenz-unterstützte Chirurgie und weitere klinische Anwendungen in der Präzisionsmedizin verbessern. Um klinischen Forschern zu ermöglichen von dem großen Potential der SWIR Bildgebung zu profitieren, ist ein übergreifendes Ziel dieses Projektes die Entwicklung von neuen nicht giftigen SWIR Kontrastmitteln für den zukünftigen Einsatz in der Klinik. Die beispiellose Sensitivität der SWIR Bildgebung in Kombination mit ihrer hohen Einringtiefe und Auflösung sollte die Detektion von gestreuten Krebszellen in Lymphknoten mit Einzelzell-Sensitivität ermöglichen, was ein ultimatives Ziel in der Chirurgie ist.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen
• Großgeräte: 2 scientific-grade SWIR cameras ; SWIR transmissive Microscope
• Gerätegruppe: 5040 Spezielle Mikroskope (außer 500-503) ; 5430 Hochgeschwindigkeits-Kameras (ab 100 Bilder/Sek)