Computertomographie für winzige Objekte

Beinchen der Stummelfüßer-Art Euperipatoides rowelli.

Die Computertomographie (CT) ist eine Standarduntersuchung in Krankenhäusern. Für extrem kleine Untersuchungsgegenstände war sie aber bislang nicht geeignet. Um Abhilfe zu schaffen, arbeiten Forscher der TU München an einem Nano-CT. Die Anwendung könnte neue Wege bei der Prävention und Heilung von Volkskrankheiten wie Krebs eröffnen.

Bei einer CT-Analyse durchleuchten Röntgenstrahlen das Untersuchungsobjekt. Ein Detektor misst aus verschiedenen Winkeln, wieviel Strahlung absorbiert wird. Aus mehreren Messungen können die Forscher dann dreidimensionale Bilder des Körperinneren errechnen. Bei sehr kleinen Objekten waren dem Verfahren bisher Grenzen gesetzt.

Wissenschaftler benötigten für hochaufgelöste Aufnahmen die Strahlung aus Teilchenbeschleunigern. Von diesen Großanlagen stehen in ganz Europa nur wenige Dutzend. Die für ein normales Labor geeigneten Ansätze hatten mit niedriger Auflösung zu kämpfen oder aber die Probe musste aus bestimmten Materialien bestehen und durfte eine festgelegte Größe nicht überschreiten. Grund war oft die Verwendung sogenannter Röntgenoptiken: Sie bündeln den Röntgenstrahl wie optische Linsen das Licht – sorgen aber für die Einschränkungen.

Eine Alternative könnte das Nano-CT-System der TU München sein. Es basiert auf einer neu entwickelten Röntgenquelle. Sie erzeugt einen besonders fokussierten Strahl und verzichtet auf Röntgenoptiken. In Kombination mit einem extrem rauscharmen Detektor liefert das Gerät Bilder, die fast die Auflösung eines Rasterelektronenmikroskops erreichen. Zudem erfasst es Strukturen unter der Oberfläche.

Die Vorteile gegenüber CTs mit Röntgenoptiken: Das Nano-CT kann Tomographien von wesentlich größeren Proben durchführen und ist zudem flexibler bei den zu untersuchenden Materialien.

Anwendungen in Biologie und Medizin

Einen ersten Praxistest hat das Nano-CT-Gerät bereits bestanden. Es ließen sich die einzelnen Muskelstränge eines Stummelfüßer-Beinchens untersuchen – das gerade mal 0,4 Millimeter lang ist. Stummelfüßer sind verwandt mit den Gliederfüßern, zu denen Insekten, Spinnen und Krebse gehören. Die genaue zoologische Einordnung der urtümlichen Tiere ist aber umstritten. Hierbei könnte die Untersuchung mit dem Nano-CT geholfen haben – detaillierte Ergebnisse will das Team in den kommenden Monaten veröffentlichen.

Ziel bei der Entwicklung des Nano-CT-Systems war aber nicht nur, biologische Proben wie das Stummelfüßer-Bein zu untersuchen. In Zukunft sollen mit dieser Technik auch biomedizinische Untersuchungen möglich werden – beispielsweise um bei Gewebeproben festzustellen, ob es sich um bösartige Tumore handelt. Ein zerstörungsfreier und dreidimensionaler Blick in Gewebe mit der Auflösung des Nano-CTs könnte zudem neue Einsichten in die mikroskopische Entstehung von Volkskrankheiten wie Krebs liefern.

Bild: de Sena Oliveira / Uni Kassel / reproduced with permission from PNAS