Winkel-sensitive MRT zur nichtinvasiven Analyse belasteter ...

22 Kapitel 2. Wissenschaftliche Problemanalyse
- Elektronenmikroskopie
- Polarisationsmikroskopie
- NMR-Mikroskopie.
Bei histologischer Untersuchung werden die Proben mit einem Mikrotom in
mikrometerdünne Schichten geschnitten und unter Anwendung verschiedener
Färbungen unter einem Lichtmikroskop visualisiert (Abb. 2.16a). Dieses Verfahren ist
besonders zur Darstellung von ausgewählten Matrixkomponenten geeignet. Je nach Art
der Färbung lassen sich Kollagene und Proteoglykane getrennt beobachten
[Leonardt 1990].
Elektronenmikroskopie (EM) wird überwiegend im Forschungsbereich verwandt.
Mit einer Auflösung von bis zu 10 –10 m lassen sich feine Komponenten des
Knorpelgewebes wie Zellen und Organellen, Kollagenfibrillen und Fasern darstellen
[Nürnberger 2006] (Abb. 2.16b).
Polarisationsmikroskopische Untersuchungen (PLM) eignen sich gut zur
Beobachtung von anisotroper Kollagenstruktur des Knorpels, weil die Kollagenfasern
auf Grund deren Tripelhelixstruktur positiv einachsig doppelbrechend sind [Romeis
1989, Leonardt 1990]. Somit können Zonen mit verschiedener Ausrichtung der
Kollagenfasern in Komplementärfarben dargestellt werden. Tangentiale und radiale
Fasern erscheinen blau und gelb, die isotrope Übergangszone rot (Abb. 2.16c).
Bei NMR-mikroskopischer Bildgebung (Abb. 2.16d) kann eine Auflösung von bis
zu 10µm erreicht werden. Je nach Auswahl der Messsequenzen und
Aufnahmeparametern können unterschiedliche Kontrastbilder gewonnen werden. So
kontrastieren beispielweise auf den T1- bzw. T2-gewichteten Aufnahmen Regionen mit
unterschiedlichen T1- bzw. T2-Zeiten. Bei Ausnutzung der chemischen Verschiebung
lassen sich die Bilder mit unterdrücktem Wasser- bzw. Fettanteil aufnehmen. Zur
Fertigung mikroskopischer NMR-Aufnahmen des Knorpels bedarf eine Probe weder
des Schneidens in dünne Schichten noch der Färbung oder sonstiger Präparation. Zum
Vergleich wurden die Proben oft nach den µMRT-Aufnahmen mit einem anderen
Verfahren (z.B. PLM [Gründer 2000]) untersucht. Allerdings muss die Probegröße auf
die Geometrie eines µMRT-Gerätes angepasst werden. So entspricht der größtmögliche
Probendurchmesser des NMR-Spektrometers Bruker DRX300 ca. 30 mm (bei einer
Probenhöhe von etwa 50 mm).
Biochemische und immunhistologische Untersuchungen am Knorpel dienen zur
chemischen Identifikation von Matrixkomponenten sowie anderer Stoffe mit dem Ziel,
das Verhältnis von Gewebebestandteilen (PG, Kollagen, Wasser usw.) in verschiedenen
Regionen oder im Verlauf einer Krankheit zu beobachten sowie um eventuell
vorhandene pathologisch bedingten Substanzen (Enzymen, Abbauprodukten der Matrix
usw.) nachzuweisen.
Zur Durchführung von biomechanischen Untersuchungen am Knorpel werden dem
Gelenk in der Regel Proben entnommen. Zu den klassischen Experimenten zählen Zug,
Kompression und Scherung. Im einfachsten Fall werden dabei die Verformungen des
Gewebes unter eingesetzter Kraft beobachtet und quantitativ bewertet. Als Erweiterung
dieses Verfahrens werden auch Belastungsexperimente zur Charakterisierung der