Biospectroscopy

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Biospectroscopy

In PURE we aim to identify and validate characteristic, vibrational spectroscopic biomarkers, in order to automate the diagnosis and classification of oncological and neurodegenerative disease patterns. A vibration spectrum, due to its high sensitivity and the cumulative gathering of all contained substances, offers a complete biochemical image, similar to a finger print of the sample. The spectra are obtained within few seconds, without having to color the probe or mark any of its parts.



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.


Methods / Equipment

Further projects
  • Einsatz proteinanalytischer Verfahren zur (Früh-)Diagnose asbestassoziierter Lungen- und Pleuratumoren Lungenkrebs früher erkennen und so die Heilungschancen verbessern – das ist das Ziel des von der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (DGUV) geförderten Forschungsprojekts. Zu diesem Zweck kooperieren hier Forscher des Europäischen Proteinforschungsinstituts PURE, des Universitätsklinikums Essen, der Ruhrlandklinik Essen und des Instituts für Prävention und Arbeitsmedizin der DGUV.
  • 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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