Krankheitsjäger Vergrößern Den Feind, Um Ein Besseres Aussehen Zu Erhalten

Mit der neuen Technik der „Expansionspathologie“können optische Mikroskope dorthin gehen, wo vorher nur Elektronen waren.

Bereits 2012 machten einige der Absolventen der synthetischen Neurobiologie von Ed Boyden am Massachusetts Institute of Technology einen Witz: Anstatt mit langsamen, sperrigen und teuren Bildgebungstechnologien zu kämpfen, um die winzigen Neuronen in ihren Gehirnproben zu vergrößern, sollten Sie das Gehirn selbst vergrößern..

Solche Überlegungen erwiesen sich als vorausschauend, als Boyden und seine Schüler später auf ein Polymer stießen, das anschwillt (ähnlich einer Substanz, die in den Kernen von Babywindeln gefunden wird) und das 200- bis 300-fache seiner Masse in Wasser aufnehmen kann. In den nächsten Jahren bastelte Boydens Gruppe an diesem Material, um eine neue Technik namens Expansionsmikroskopie (ExM) zu entwickeln, mit der Maushirnproben erfolgreich auf das Vierfache ihrer normalen Größe erweitert wurden. Dies ermöglichte es ihnen, Strukturen bis zu 70 Nanometern - ungefähr den Durchmesser eines Grippevirus - mit herkömmlichen Mikroskopen auf Lichtbasis (deren Untergrenze normalerweise bei etwa 200 Nanometern liegt) zu sehen.

Jetzt hat die Gruppe ExM eingesetzt, um einem anderen Bereich, der von der Abhängigkeit von komplexen Maschinen geplagt ist, zu helfen, winzige Dinge zu erkennen: Pathologie oder die Diagnose klinischer Erkrankungen anhand von menschlichem Gewebe und Blutproben. "Wir Pathologen lieben es, Dinge mit unserem eigenen Auge zu betrachten", sagt die Nierenpathologiespezialistin Astrid Weins, die in ihrem winzigen fensterlosen Büro im Brigham and Women 's Hospital in Boston mit einem traditionellen optischen Mikroskop auf ihrem Schreibtisch sitzt. „Wir mögen die altmodische Art. Es ist eine Vertrauenssache: Du vertraust nichts, wenn du es nicht mit deinen eigenen Augen siehst."

Während das Ausmaß unseres Verständnisses des menschlichen Körpers auf eine Größe gesunken ist, die sich dem menschlichen Sehen entzieht, mussten sich Wissenschaftler wie Weins jedoch auf immer kompliziertere Mikroskopiesysteme verlassen, um Zellen, Moleküle und sogar Atome auf Anzeichen von Krankheiten zu untersuchen. Diese Fähigkeit hat buchstäblich ihren Preis: Ein Elektronenmikroskop (das einen Elektronenstrahl anstelle von sichtbarem Licht vom betrachteten Objekt reflektiert) ist in der Lage, Strukturen im Nanobereich zu visualisieren, die bis zu 2000-mal kleiner sind als ein Mikroskop Bakterium - kann aber bei nicht erweiterten Bildern mit einer Genauigkeit von nur 66 Prozent so viel kosten wie möglich.

Eine solche Leistung ist „technisch sehr cool“, wird aber wahrscheinlich nicht sofort in Kliniken weit verbreitet, sagt David Rimm, ein Pathologe der Yale University School of Medicine, der nicht an der Studie beteiligt war. „Die hochauflösende Mikroskopie ist im Allgemeinen teuer und zeitaufwändig, und wir verwenden sie nicht häufig zur Behandlung von Patienten. Die Krankheit mit minimaler Veränderung macht [weit weniger als] 1 Prozent der heute durchgeführten anatomischen Pathologiediagnosen aus. Obwohl ExPath für diese Erkrankung hervorragend geeignet ist, ist es klinisch noch nicht wirklich relevant. Ich freue mich jedoch darauf, in Zukunft viele Artikel zu lesen, die diese Technologie verwenden, da ich denke, dass sie ein besseres Forschungsinstrument als die Elektronenmikroskopie ist. “

Rimm muss vielleicht nicht lange warten. Boyden und seine Co-Autoren haben auch gezeigt, dass ExPath die Fähigkeit eines Computersalgorithmus für künstliche Intelligenz verbessern kann, Kerne in gesundem und krebsartigem Brustgewebe zu unterscheiden. Es mag einige Zeit dauern, um das konservative Gebiet der Pathologie davon zu überzeugen, neben dem menschlichen Sehen auch Computern zu vertrauen, aber die Zukunft der Diagnose könnte darin bestehen, dass menschliche Pathologen und Computer zusammenarbeiten, um Gewebeproben zu analysieren - ihre jeweiligen Leistungen werden durch die Ausweitung von ExM auf Pathologie verbessert. "Es treten alle möglichen unvorhersehbaren Auswirkungen [von ExM] auf, da eine enorme Nachfrage nach einer Sichtweise auf dreidimensionale Dinge mit nanoskaliger Präzision besteht", sagt Boyden. "Dieses Papier hat gezeigt, dass die Art von Informationen, die wir daraus erhalten können, ziemlich mächtig ist. Daher sagt es der Community für medizinische Bildgebung im Wesentlichen:" Sehen Sie, hier könnte es einen Schatz geben. Jagen gehen.'".