Das Magazin - Ausgabe 03 - Systembiologie

„Experimentelle Transplantationschirurgie“
an der Klinik für Allgemeine, Viszerale und Gefäßchirurgie des Universitätsklinikums Jena (v.l.n.r.: Anding Liu, Olaf Dirsch, Uta Dahmen, Haoshu Fang, Hao Jin,
Jian Sun, Wei Dong).
deutlich vergrößerte Stichprobenumfang führt zu einer verbesserten
statistischen Aussagekraft der ermittelten Größen. Darüber
hinaus können die ermittelten Größen nicht nur in numerischer
Form ausgegeben, sondern auch als farbliche Überlagerung
auf den Gewebeschnitten visualisiert werden. Auf diese Weise
offenbaren sich häufig strukturelle Muster, die bei rein quantitativen
Analysen verborgen bleiben. Erste Validierungsversuche
haben bestätigt, dass die untersuchten Gewebeeigenschaften
nicht gleichmäßig über die Schnitte verteilt sind, sondern sich
beispielsweise am Verlauf von Gefäßstrukturen orientieren.
Eine besondere Herausforderung in der histologischen Bildanalyse
ist die große Variabilität zwischen den aufgenommenen
Bildern. Schon kleine Unterschiede bei der Präparation der
Objektträger können das digitale Bild so stark beeinflussen, dass
statische Mustererkennungsmethoden nicht mehr funktionieren.
Aus diesem Grund hat Fraunhofer MEVIS den Computer lernfähig
gemacht. Um einen Algorithmus auf neue Färbeeigenschaften
anzupassen, muss der Benutzer lediglich Beispiele für die relevanten
Gewebetypen aufzeigen (Abb. 4). Der Computer stellt sich
dann selbstständig ein und klassifiziert weitere Objektträger mit
ähnlichen Färbeeigenschaften automatisch.
3D-Histologie
Histologische Auswertungen waren bisher auf zwei räumliche
Dimensionen beschränkt. Für viele neue Fragestellungen, wie z. B.
die Modellierung der Leberregeneration oder der Blutflussregulation
innerhalb des Forschungsnetzwerks Virtuellen Leber, muss
das Gewebe jedoch in seinem tatsächlichen dreidimensionalen
Kontext betrachtet werden. Deshalb forscht Fraunhofer MEVIS im
interdisziplinären Diskurs mit experimentellen Chirurgen, Pathologen
und Radiologen an innovativen Bildverarbeitungsmethoden,
welche die Stärken der Computertomographie und der Histologie
kombinieren.
In einer ersten Anwendung wird ein umfassendes räumliches Modell
der Restleber nach einer operativen Resektion erstellt. Dafür
werden die Gefäße einer Mausleber mit Röntgenkontrastmittel
angefüllt und einer CT-Untersuchung unterzogen, sodass ein dreidimensionales
Abbild der Organstruktur und des Gefäßbaumes
entsteht. Anschließend werden histologische Serien- oder Stufenschnitte
des gesamten Organes hergestellt, um verschiedene Gewebeeigenschaften
bzw. die Expression verschiedener molekularer
Marker zu bestimmen. Fraunhofer MEVIS entwickelt in diesem Zu-
Abbildung 4: Einfache und intuitive Benutzerschnittstelle
Die entwickelten Analysemethoden können über eine
einfache Benutzerschnittstelle schnell an unterschiedliche
Bildeigenschaften angepasst werden. Dafür
muss der Benutzer lediglich Beispiele der relevanten
Gewebetypen auswählen (Pfeile) (Bild: Fraunhofer
MEVIS / U. Dahmen & O. Dirsch, Exp TxChir Jena).
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Forschung Aus wie vielen Zellen besteht die Leber?
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