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datestamp: 2024-05-28 10:18:41
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status_changed: 2024-05-28 10:18:41
type: doctoralThesis
metadata_visibility: show
creators_name: Manser, Steffen
title: Entwicklung und Erprobung eines voxelbasierten Bildgebungsverfahrens für dreidimensionale (3D) Tumor-Zellkulturen aus der Kombination von Raman- und Fluoreszenzspektroskopie
subjects: ddc-600
subjects: ddc-620
divisions: i-61002
adv_faculty: af-06
abstract: In der rapide fortschreitenden Landschaft der medizinischen Forschung manifestieren sich kontinuierlich bemerkenswerte Innovationen. Insbesondere die Entstehung von dreidimensionalen Zellkulturen, die eine authentische und räumliche Reproduktion komplexer zellulärer Strukturen ermöglichen, stellt einen bedeutenden Meilenstein dar. Diese innovative Dimension erlaubt die präzisere Untersuchung räumlicher Gefüge sowie intrazellulärer Abläufe. Um dieses Potential effizient zu erschließen, bedarf es jedoch adäquater Analysemethoden. Unter diesen Methoden erlangt die Lichtscheibenmikroskopie, die konventionell in Verbindung mit dem Fluoreszenz-Effekt eingesetzt wird, zunehmende Bedeutung. Die Verschmelzung eines fluoreszenzbasierten Lichtscheibenmikroskops mit der Raman-Spektroskopie verleiht dieser Methode eine erhöhte Anwendbarkeit im Kontext dreidimensionaler Zellkulturen und ermöglicht eine schonende, nichtinvasive Abbildung der strukturellen Gegebenheiten innerhalb der zellulären Matrix.
Die Konstruktion eines solch komplexen Geräts ist maßgeblich von der präzisen Selektion und Integration einzelner Komponenten geprägt. Durch die Implementierung zweier koaxial ausgerichteter Laserquellen wird eine breitbandige Anwendung im optischen Spektrum ermöglicht. Der Einsatz eines akustooptischen durchstimmbaren Filters mit enger Bandbreite und hoher Wiederholgenauigkeit gestattet eine präzise Isolation der Signale spezifischer Moleküle. Dank geringer Lichtblattdicken und einer präzisen Verfahrgenauigkeit der Bewegungsachsen können auch mikroskopisch präzise Schnitte erfasst und gezielt angefahren werden. Ein weiterer Fortschritt ergibt sich durch die Anwendung von hochwertigen optischen Komponenten in Kombination mit einer hochwertigen Kamera, welche ein großflächiges Abbildungsgebiet ermöglicht und den gesamten Zellquerschnitt vollumfänglich darstellen kann. Die intrinsische Stabilität der individuellen Gerätekomponenten gewährleistet erwartungsgemäße Reproduzierbarkeit der Ergebnisse.
Hinsichtlich der gewählten Zellkultur hat sich insbesondere die Ko-Kultur aus Ht29-Zellen und Fibroblasten bewährt, die als etabliertes Standardmodell fungiert und einen soliden Vergleichspunkt zu Referenzgeräten bereitstellt, wodurch das Lichtscheiben-Raman-Mikroskop adäquat validiert wird. Vergleichende Untersuchungen zwischen den verschiedenen Modalitäten ergeben divergierende Ergebnisse, welche sich insbesondere auf die Charakterisierung von C-H-Verbindungen, beispielweise im Kollagen, beziehen. Dies betont den Mehrwert der multimodalen Visualisierung durch das konzipierte Instrument.
Die Implementierung der einzelnen Modalitäten innerhalb des dreidimensionalen Modells offenbart differenzierte Bereiche mit variierenden Intensitätsverteilungen, die auf spezifische Molekülansammlungen zurückzuführen sind. Technisch betrachtet etabliert sich das entwickelte System als funktionsfähig, jedoch bedarf es noch weiterer Optimierungen an bekannten Engstellen. Trotz dieser Aspekte kann das System bereits im klinischen Umfeld Anwendung finden, besonders in Synergie mit anderen Geräten wie Massenspektrometern. Ebenso eröffnet es die Möglichkeit zur Untersuchung von Zellkulturen ohne Beeinflussung biochemischer Prozesse, wodurch anfängliche Erkenntnisse gewonnen werden können, während potenziell störende Verfahren wie das "Clearing" vermieden werden.
Im Kern lässt sich konstatieren, dass die Verschmelzung diverser Modalitäten sowohl Einblicke in die molekulare Zusammensetzung als auch in morphologische Unterschiede gestattet, was wiederum neuartige Perspektiven zur ganzheitlichen Charakterisierung von Proben eröffnet. Nichtsdestotrotz bleibt die kontinuierliche Entwicklung des präsentierten Lichtscheiben-Raman-Mikroskops erforderlich, um vorhandene Defizite zu beseitigen.
date: 2024
id_scheme: DOI
id_number: 10.11588/heidok.00034812
ppn_swb: 1890773417
own_urn: urn:nbn:de:bsz:16-heidok-348128
date_accepted: 2024-04-22
advisor: HASH(0x558eaa720ed8)
language: ger
bibsort: MANSERSTEFENTWICKLUN202405
full_text_status: public
place_of_pub: Heidelberg
citation:   Manser, Steffen  (2024) Entwicklung und Erprobung eines voxelbasierten Bildgebungsverfahrens für dreidimensionale (3D) Tumor-Zellkulturen aus der Kombination von Raman- und Fluoreszenzspektroskopie.  [Dissertation]     
document_url: https://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/34812/1/Dissertation_Manser.pdf