Digitales Mikroskop erlaubt präzise Aufnahmen in tief liegenden Gewebeschichten

Für ihre Dissertation „Investigation of aberration correction and axial scanning in microscopy employing adaptive lenses“ zeichnet die Daimler und Benz Stiftung Dr.-Ing. Katrin Philipp mit dem Bertha-Benz-Preis 2020 aus. Der Ingenieurin gelang es, ein digitales Lasermikroskop zu entwickeln, das insbesondere bei der Untersuchung tieferliegender Gewebeschichten – etwa bei Veränderungen in der Schilddrüse – völlig neuartige Diagnosemöglichkeiten eröffnen kann. Dank der Nutzung einer in Kooperation mit der Professur für Mikroaktorik am IMTEK der Universität Freiburg entwickelten adaptiven Linse stellt das von Philipp entwickelte und gebaute Mikroskop einen Paradigmenwechsel in der Biomedizin dar, so die Einschätzung der Stiftung.

Durch Korrektur von Aberrationen hochauflösende Bilder

Bislang gelangten viele optische Verfahren bei tiefen Gewebeuntersuchungen an ihre Grenzen, da Aberrationen (Abbildungsfehler) die Bildqualität erheblich beeinträchtigten. Philipp realisierte erstmals unter Nutzung einer neuartigen adaptiven Linse ein Mikroskop, welches durch die Korrektur von Aberrationen hochauflösende Bilder ermöglicht und überdies einen kompakten und einfach bedienbaren Aufbau aufweist. „Mit dieser Technologie könnten in Zukunft neuartige bildgebende medizinische Verfahren entstehen, die zum einen eine schnellere, einfachere und kostengünstigere Diagnostik ermöglichen, zum anderen entfällt die aufwendige chemische oder mechanische Präparation der untersuchten Proben“, so Philipp.

Fluoreszenzaufnahmen aus den Schilddrüsen

Mit dem neuartigen Mikroskop gelang es Philipp, Fluoreszenzaufnahmen aus den Schilddrüsen von Zebrabärblingsembryonen zu machen, ohne dass die Tiere getötet werden mussten. Da diese Fischart ein weitverbreitetes Modellsystem für die Entwicklung und die Anlagerung schädlicher Umweltgifte in der Schilddrüse auch beim Menschen darstellt, bietet das im Rahmen ihrer Dissertation entwickelte „smarte Mikroskop“ einen entscheidenden Vorteil: Im Gegensatz zum bisherigen methodischen „Goldstandard“ der aufwendigen Probenpräparation und anschließenden Zerlegung der Tiere in dünne Scheibchen (englisch „slicing“) kann die Messung an einem lebenden Organismus unter Betäubung erfolgen und so prinzipiell die zeitliche Entwicklung an derselben Probe nachverfolgt werden. Dies ermöglicht eine genauere Untersuchung, wie sich Umweltgifte auf die Entwicklung eines Organismus auswirken.

Fortschritt für die Lasermikroskopie

Das neue Verfahren beruhe auf einer sowohl theoretisch als auch experimentell ausgesprochen anspruchsvollen Forschungsarbeit. Es wurde ein international sichtbarer Fortschritt für die Lasermikroskopie erreicht, der eine besondere ingenieurwissenschaftliche Leistung an der Schnittstelle von Biologie, Mikrosystemtechnik und Messtechnik darstelle. Die Ergebnisse wurden 2019 in der Zeitschrift Scientific Reports veröffentlicht. Die preiswürdige Forschungsarbeit wurde an der Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik der Technischen Universität Dresden eingereicht und mit „summa cum laude“ bewertet.

Der Bertha-Benz-Preis 2020 wird aufgrund der aktuellen COVID-19-Pandemie erstmals nicht öffentlich verliehen. Nähere Informationen zu der Person und der Forschungsarbeit von Dr. Katrin Philipp in einem filmischen Kurzporträt:

www.youtube.com/watch?v=CeiZBp5nth8

Quelle: idw/Daimler und Benz Stiftung