Tumor Diagnostik und optische Biopsie Thema 5-Aminolävulinsäure und Protoporphyrin IX OO - OO - H2 H2 Ronald Sroka Laser-Forschungslabor, LIFE-Zentrum, Klinikum Großhadern Sensitizer Sauerstoff Fluoreszenzdiagnostik (Prinzip, Nachweis aus Gewebe, 5-ALA) Optische Biopsie Photosensibilisator O OH O NH 2 5-ALA x 8 H 2 H 3 H H H2 H3 H N N H H N N H PPIX H2 H3 H H3 H H2 Häm-Biosynthese und 5-ALA-Applikation succinyl Succinyl oa glycin Glycin heme HÄM ferrochelatase Ferrochelatase Mitochondrium 5-ALA +Fe ++ protoporphyrin Protoporphyrin IX Rückkopplung feed back protoporphyrinogen Protoporphyrinogen IX Fluoreszenzdiagnostik Demonstration Was ist fluoreszenz? Zelle 5-ALA PPIX oproporphyrinogen III FIT und PPIX in Küvette Porphobilinogen Uroporphyrinogen III 5-ALA Applikation
Fluoreszenz-Prinzip Fluoreszenz Anregung - Emission Rot-Verschiebung Stokes-Shift Fluoreszenz PPIX in Ethanol Na-Fluorescein PPIX Fluoreszenzzystoskopie: Technische Umsetzung Technik Anregungslichtquelle IR 0,0 300 400 500 600 Wellenlänge [nm] 700 100 1,0 80 0,5 0,0 300 400 500 600 Rote Protoporphyrin IX Fluoreszenz 700 Wellenlänge [nm] Intensität [%] Absorption [rel.einh.] 0,5 IR UV Fluoresz. Int. [rel.einh.] UV 1,0 Beobachtungsfilter Fluoreszenzspektrum 60 ca. x10 Durch das Okular transmittierter Anteil der Remission 40 20 0 Absorption Fluoreszenz Standard Weißlicht-Zystoskopie Fluoreszenz-Zystoskopie nach Instillation von 5-Aminolävulinsäure 400 450 500 550 600 650 700 750 Wellenlänge [nm] 2
Fluoreszenzendoskopie Demonstration Fluoreszenzdiagnostik im OP-Einsatz Harnblasentumor Diangnostik Set vorstellen Puppe mit Tumor Zystoskopie Fluoreszenzbeobachtung 5-ALA-Instillation 3%, 50 ml, 3 h Weißlichtinspektion Normal Papillärer Harnblasentumor Hochrisikobefund: arcinoma in situ Resektion zweier arcinoma in situ Herde 3
Multifokaler Harnblasentumor ondylomata acuminata der Harnröhre Vorteile von 5-ALA Gefrierschnitt - WL Hyperplasie Fluoreszenz Gewebeselektivität der PPIX-Akkumulation Vorteile von 5-ALA Fluoreszenzdiagnostik mit 5-ALA Mundhöhle - Larynx Fluoreszenzdiagnostik mit 5-ALA Ovarialkarzinom Peritonealmtastase/olon Tumorselektivität der PPIX-Anreicherung 4
Fluoreszenzdiagnostik mit 5-ALA Glioblastom Bronchialkarzinom Fluoreszenzdiagnostik Gehirntumor Fluoreszenzdiagnostik Gehirntumor Fluoreszenzdiagnostik mit 5-ALA Fluoreszenzdiagnostik Neurochirurgie 1.0 Malignes Gliom 0.9 Überlebenskurven: Vergleich konventioneller (historisches Kollektiv) mit fluoreszenzgestützter Resektion Optische Biopsie die Diagnostische Zukunft p < 0.001 log-rank Test 0.8 Klinische Ergebnisse: 0.7 0.6 0.5 ALA 0.4 0.3 0.2 konventionell 0.1 0.0 0 10 30 50 70 90 110 130 150 Überlebensdauer (Wochen) 5
Optische Diagnostik Für die Intraoperative Diagnostik ist wichtig: Lokalisierung Staging Grading Fluoreszenzdiagnostik Optische Tomographie OT Optoakustik Konfokale Endoskopie OT Spektroskopie Aufbau Konventionelle Mikroskopie Ergebnisse Niere ohne Indigokarmin Niere mit Indigokarmin Nachteile der konventionellen Mikroskopie Gewebe ist durchsichtig, da nur geringe Absorption und kaum Brechungsindexsprünge Projektion? keine Information in z-richtung Beispielaufnahmen Tumorselektivität der PPIX-Anreicherung H&E-Färbung Fluoreszenzmikroskopie Vor- und Nachteile der Fluoreszenzmikroskopie Vorteil: Präparation mit Fluoreszenzfarbstoffen? Anfärbung spezifischer Komponenten Nachteile: Ausbleichen der Farbstoffe keine 3-dim. Darstellung Manchmal Zerstörung der Probe durch Farbstoffe oder UV-Licht Konfokale Mikroskopie Fokussierung des Lasers in der Probe Filtern von Emission außerhalb des Fokus durch Lochblende in der Bildebene? Punkt-zu-Punkt- Abbildung Durch Scannen im Rasterverfahren erhält man eine dreidimensionale Abbildung
Intrakorporale Scanner: Konfokale Endoskopie Extrakorporale Scanner: (KOMED-Projekt) Konfokale Endoskopie FemtoSOPE & Maunakea neue Bilder Thema http://www.fraunhofer.de/english/press/md-e/md2000/md01-2000e_t2.html Urothel im gefärbten Gewebeschnitt Je ca. 10 µm tiefer König, Knittel, Stepp Science 292, 2001 In vivo, Kolon, 150 µm² http://www.optiscan.com/ Optische Kohärenz Tomographie Motivation OT Motivation Physikalische Grundlagen Intensität des rückgestreuten Lichts Brechungsindex Proteingehalt Unterschiedliche Weglängen Rückgestreutes Licht trifft zu unterschiedlichen Zeitpunkten auf den Detektor Lichtgeschwindigkeit ist zu groß um Zeitverzögerungen elektronisch auflösen zu können Interferometrie
Physikalische Grundlagen Michelson - Interferometer Physikalische Grundlagen Ophthalmologie Kardiologie Dermatologie Anwendungen Signal Demonstration Thema Anwendungen Ophthalmologie IMALUX System LightLab Sonde BetaMod
Anwendungen Ophthalmologie Anwendungen Kardiologie Herzinfarktvorsorge Diagnose von Arteriosklerose Anwendungen Kardiologie OT-Sonde Struktur der Netzhaut Diagnose von Netzhauterkrankungen Durchmesser 0.4 mm Kleiner anfänglicher Riss Vergrößert 50mm Rückzug der OT Sonde Anwendungen Venenchirurgie Ausblick: Intraoperative optische Pathologie Fluoreszenzdetektion Lokalisierung Konfokale Endoskopie Grading Optische Kohärenztomografie (OT) Staging High End Endoscopy Munich HEEM Thema
Physikalische Methoden in der Medizin Walter Assmann Ines Lanzl Ronald Sroka und viele Mitarbeiter Diplomanden Doktoranden Danke für ihre Aufmerksamkeit!