NATUR &GEIST; - Johannes Gutenberg-Universität Mainz

MEDIZIN
Technik der konfokalen Endomikroskopie
Die konfokale Mikroskopie ist eine Adaptation der
Lichtmikroskopie. Hierbei wird ein Punkt innerhalb
des Gewebes fokussiert und mit einer definierten
Wellenlänge über eine optische Faser bestrahlt. Nur
Licht eines bestimmten Spektrums, welches von diesem
einzelnen Punkt emittiert wird, wird über die
Faser wieder aufgenommen und die resultierende
Lichtintensität gemessen. Licht außerhalb dieses
singulären Punktes wird nicht wieder aufgenommen.
Daraus resultiert die hohe Tiefenschärfe des Systems.
Pro endomikroskopisches Bild können maximal
1.024 x 1.024 Bildpunkte analysiert werden. Es resultiert
ein Graustufenbild, welches in hoher Auflösung
zelluläre und subzelluläre Komponenten darstellt
(Abb. 1). Endomikroskopische Bilder werden durch
die Applikation eines Blaulichtlasers (488 nm) generiert.
Dabei kann die Eindringtiefe von der Schleimhautoberfläche
bis in die tiefe Mukosa (250 μm) mittels
zweier zusätzlicher Knöpfe am Handstück des
Endoskops variiert werden. Pro Einzelbild werden
1.024 x 1.024 (0,8 Bilder pro Sekunde) oder
1.024 x 512 (1,6 Bilder pro Sekunde) einzelne Bildpunkte
mit einem Gesichtsfeld von 500 x 500 μm
analysiert. Die laterale Auflösung des Systems ist
geringer als 1 μm, so dass Kapillaren, Bindegewebe
und Epithelzellen dargestellt werden können.
Kontraststoffe
Die Endomikroskopie basiert auf der exogenen Fluoreszenztechnologie;
das bedeutet, dass fluoreszierende
Kontraststoffe vor oder während der Untersuchung
appliziert werden müssen, um endomikroskopische
Bilder generieren zu können. Mögliche Kontraststoffe,
die im Menschen eingesetzt werden können,
sind Fluorescein, Acriflavin, Tetracyclin und
Cresylviolett. Die Kontraststoffe können entweder
systemisch in Form einer Injektion (Fluorescein, Tetracyclin)
oder lokal via Spraykatheter (Acriflavin, Cresylviolett)
auf die Darmschleimhaut appliziert werden.
Gängigste Kontrastmittel sind Fluorescein und
Acriflavin. Fluorescein beispielsweise ist ein billiger,
nicht mutagener Farbstoff, der seit Jahren in der
Augenheilkunde eingesetzt wird und kaum unerwünschte
Nebenwirkungen, wie etwa Phototoxizität,
hervorruft. Nur gelegentlich wird von allergischen
Reaktionen berichtet. Aufgrund der pharmakokinetischen
Eigenschaften von Fluorescein werden die Zellkerne
endomikroskopisch nicht sichtbar. Zelluläre,
vaskuläre und bindegewebige Strukturen der Mukosa
können jedoch in hoher Auflösung dargestellt und
differenziert werden (Abb. 2c). Die intravenöse Gabe
von Fluorescein ermöglicht eine homogene Darstellung
der kompletten Mukosa, so dass die gesamte
Eindringtiefe des endomikroskopischen Systems zur
Analyse der Mikroarchitektur des Magen-Darm-Traktes
genutzt werden kann. Der Fluoreszenzeffekt hält
etwa 60 Minuten an.
A
B
Abb. 2: Laserendoskop und Kontraststoffe
A: Das Mikroskop innerhalb des Endoskops steht am Ende etwas hervor.
B: Das videoendoskopische Bild wird simultan zur Endomikroskopie angezeigt (C, D).
C: Systemisches Fluorescein erlaubt die Mikroskopie der Darmschleimhaut ohne Anfärbung
der Zellkerne. Im Mastdarm (Rektum) können einzelne rosettenartige Krypten (drüsige
Öffnungen der Dickdarmschleimhaut) mit den typischen schwarzen Becherzellen identifi
ziert werden (siehe Pfeil).
D: Acriflavin betont die Zellgrenzen. Die Zellkerne werden bei dieser Färbung dargestellt
(siehe Pfeil). Das endomikroskopische Bild zeigt eine normale Kryptenarchitektur eben
falls im Rektum.
Im Gegensatz zu Fluorescein ist Acriflavin ein
so genannter topischer Kontraststoff, das heißt er
wird direkt am Ort des Geschehens aufgebracht. Mit
Hilfe eines Spraykatheters sprüht man bis zu 15 ml
gezielt auf die Schleimhautoberfläche und erreicht
dadurch eine lokale Fluoreszenz des entsprechenden
Schleimhautareals. Aufgrund der topischen Applikation
ist die Eindringtiefe des Systems beschränkt und
es kann endomikroskopisch nur das obere Drittel der
Mukosa dargestellt werden. Acriflavin färbt besonders
die Zellkerne und bindegewebige Strukturen
(Abb. 2d). Um die unterschiedlichen Färbeeigenschaften
von Fluorescein und Acriflavin gleichzeitig
zu nutzen, können die Farbstoffe auch in Kombination
eingesetzt werden. Zu beachten ist jedoch, dass
beim Einsatz von Acriflavin ein geringes Risiko für
DNA-Interaktionen besteht.
Untersuchungstechnik
Die Untersuchung mittels eines konfokalen Laserendoskops
entspricht einer üblichen Endoskopie.
Zunächst erfolgt die Identifikation relevanter oder
auffälliger Gewebeveränderungen (Läsionen) mittels
Weißlichtvideoendoskopie. Nachfolgend werden die
entsprechenden Läsionen gezielt endomikroskopisch
C
D
FORSCHUNGSMAGAZIN 1/2008
49