Biospektroskopie

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Biospektroskopie

In PURE beabsichtigen wir, charakteristische vibrationsspektroskopische Biomarker zu identifizieren und zu validieren, um die Diagnose und Einstufung onkologischer und neurodegenerativer Krankheitsbilder zu automatisieren. Ein Vibrationsspektrum stellt aufgrund seiner hohen Sensitivität und der kumulativen Erfassung aller enthaltenen Substanzen ein vollständiges biochemisches Abbild - gleich einem Fingerabdruck - der Probe dar. Dabei erfolgt die Spektrenaufnahme in wenigen Sekunden, ohne die Probe anfärben oder Bestandteile chemisch markieren zu müssen.



Abb. 1: Durch Nutzung der Fourier-Transform-Infrarot-Spektroskopie und des Raman-Imagings gewinnen wir einen "spektralen Fingerabdruck". Dieser spiegelt den momentanen Zustand der Zelle auf Proteinebene wieder. Durch Vergleich mit einer "Kartei" kann ein "Fingerabdruck" dem zugehörigen "Verdächtigen", zum Beispiel einem Darmtumor, zugeordnet werden.


In PURE führen wir Analysen von Gewebe und Körperflüssigkeiten durch. Gewebeproben werden mit FTIR- (Fourier-Transform InfraRot) und Raman-spektroskopischen Methoden analysiert. Es werden sowohl ortsaufgelöste mikrospektroskopische Ansätze als auch Punktmessungen mit Fasersonden durchgeführt. Die ortsaufgelöst gemessenen Spektren werden nach spektraler Ähnlichkeit gruppiert und für die Mikrospektroskopie als Falschfarbenbild dargestellt. Die höhere Ortsauflösung der Raman-Technik ermöglicht sogar die dreidimensionale Bildgebung intrazellulärer Komponenten an lebenden Zellen. Nach pathologischer Annotation werden Klassifikatoren trainiert, um in Zukunft ausschließlich anhand spektraler Signaturen Gewebe und pathologische Veränderungen automatisiert zu identifizieren.



Abb. 2: Fourier-Transform-Infrarot (FTIR)- und Raman-Imaging-Analysen von Gewebeschnitten eines kolorektalen Karzinoms (Darmtumor). Die Vergrößerung der Bilder nimmt von oben nach unten zu. Auf der rechten Seite ist der klassisch gefärbte H&E-Schnitt zu sehen (Hämatoxylin-Eosin-Färbung). Mit FTIR-Imaging (links) ist eine Auflösung bis zehn Mikrometer möglich; die spektrale Histopathologie zeigt Veränderungen in den Krypten (rot), also Einstülpungen des Darms, die eine immunhistochemische Fluoreszenzfärbung (P53) bestätigt. Um die Veränderungen einer Krypte detaillierter zu analysieren, setzten die Forscher Raman-Imaging mit höherer räumlicher Auflösung ein (untere Zeile). Die veränderten Zellkerne (grau) in den veränderten Krypten (rot) können hier im Vergleich zu einer Fluoreszenzfärbung (P53, grün) identifiziert werden.


Methoden / Ausstattung

Weitere Projekte
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  • Kinetics for Drug Discovery (K4DD) Ein im Rahmen der Europäischen Innovative Medicines Initiative (IMI) gefördertes Projekt zur Untersuchung der kinetischen Aspekte der Interaktion zwischen Wirkstoff und Drug-Target für die in vivo Effizienz von Arzneimitteln.
  • SFB642: GTP- und ATP-abhängige Membranprozesse
    Der Fokus der Forschung liegt auf dem Verständnis der molekularen Grundlagen GTP- und ATP-abhängiger Signalwege und Transportprozesse. Von der Struktur- bis zur Systembiologie, von der Biophysik über die chemische Biologie bis hin zur Zellbiologie arbeiten Wissenschaftler aus Bochum und Dortmund fachübergreifend im SFB 642 zusammen.
  • DFG Research Unit FOR 1543 Shear flow regulation of hemostasis - Bridging the gap between nanomechanics and clinical presentation.

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