In-vitro- und In-vivo-Bildgebung


In-vitro-Bildgebungen umfassen mikroskopische Aufnahmen und deren Verarbeitung mit dem kompakten Fluoreszenzmikroskop BZ-X800 (Keyence Corporation, Japan). Neben der einfachen Bilddarstellung bieten die erweiterten Analysen wie

(i) Zählen und Quantifizieren von Zielbereichen innerhalb eines Bildes,
(ii) 3D-Analyse,
(iii) Erfassung von dicken Proben oder
(iv) Zeitrafferaufnahmen auch unter Kulturbedingungen (CO2-Begasung)

optionale Anwendungen.

In-vivo-Bildgebung wird zur Visualisierung biologischer Strukturen in lebenden Organismen verwendet. Genutzt wird dies beispielsweise, um die Wirksamkeit von Behandlungen, Krankheitsverläufe, Tumorwachstum oder einen Schwangerschaftsverlauf zu beurteilen.
In der molekularen Bildgebung werden zelluläre Funktionen oder molekulare Prozesse untersucht, wobei häufig fluoreszierende Marker eingesetzt werden. Physiologisch relevante Veränderungen können in Echtzeit analysiert werden.

Daneben gibt es die anatomische Bildgebung, wobei Methoden wie Tomographie oder Sonographie/Ultraschall zum Einsatz kommen. Das VEVO 2100 Imaging System (FujiFilm VisualSonics Inc.) ist ein Hochfrequenz-Ultraschallgerät (Abb. 1), das die Analyse von Kleintieren (z. B. Mäusen, Fischen) ermöglicht. Hochfrequenz-Ultraschallgerät Abb. 1: Vevo 2100 Imaging System. Hauptkontrolleinheit (A) mit Heizplattformsteuerkreuz (B), Gelwärmer (C), Isofluran Kontrolleinheit (D), Knock-down Box (E), Heizplatte mit 4 Kupferflächen (F; F.1), Schallkopf (G), Schallkopfhalterung (H). Abbildung wiederveröffentlicht von [3].

Einsatzgebiete im Rahmen der Forschung sind die Kardiologie, Entwicklungsbiologie, molekulares Imaging, Onkologie, Neurobiologie, Urogenital- und Gefäßbiologie sowie Schwangerschaftsforschung[1]. Durch den Einsatz von Ultraschall in der Schwangerschaftsvorsorge können fötale Beeinträchtigungen früh erkannt werden. Das VEVO 2100 Imaging System ermöglicht es uns, Föten und Plazenten in trächtigen Mäusen in vivo während des gesamten Schwangerschaftsverlaufes zu untersuchen (Abb. 2, 3). Unter anderem ist es möglich, mütterliche und fetale Blutflüsse zu analysieren (Abb. 4). Intrauterine Wachstumseinschränkungen, die oft mit gesundheitlichen Kurz- und Langzeitfolgen für Mutter und Fötus assoziiert sind, können erfasst werden. Besonders hervorzuheben ist, dass die Methode nicht invasiv ist und weniger Tiere zu Versuchszwecken getötet werden müssen, da man dasselbe Weibchen während der gesamten Trächtigkeit untersuchen kann[2,3]. 2D Graustufen-Ultraschallbilder Abb. 2: 2D Graustufen-Ultraschallbilder von Implantationen einer trächtigen Maus am Gestationstag 5 (A), 8 (B), 10 (C), und 12 (D). Abbildung wiederveröffentlicht von [3]. 2D Graustufen-Ultraschallbilder Abb. 3: (A) 2D Graustufen-Ultraschallbild einer Implantation am gd10 mit decidua basalis, Plazenta, Embryo. (B) 2D Graustufen-Ultraschallbild einer Implantation am gd12. Eingezeichnet ist die Plazenta mit Plazentadicke (thick) und -durchmesser (dia). Abbildung wiederveröffentlicht von [3]. Color Doppler Bild und Pulse-wave-Doppler Bild Abb. 4: (A) Color Doppler Bild einer fetalen Nabelschnurarterie am Gestationstag 14. (B) Pulse-wave Doppler Bild einer mütterlichen Uterusarterie am Gestationstag 10 mit maximaler systolischer Geschwindigkeit (PSV) und enddiastolischer Geschwindigkeit (EDV). Abbildung wiederveröffentlicht von [3].


Referenzen:
[1] FujiFilm VisualSonics Inc. website: https://www.visualsonics.com

[2] Meyer N, Schüler T, Zenclussen AC. Simultaneous Ablation of Uterine Natural Killer Cells and Uterine Mast Cells in Mice Leads to Poor Vascularization and Abnormal Doppler Measurements That Compromise Fetal Well-being. Front Immunol. 2018;8:1913. doi: 10.3389/fimmu.2017.01913. eCollection 2017.

[3] Meyer N, Schüler T, Zenclussen AC. High Frequency Ultrasound for the Analysis of Fetal and Placental Development in vivo. J Vis Exp. 2018;(141). doi: 10.3791/58616.