Neuartiges Röntgenverfahren für das Hirn

Mit einem neuartigen Röntgenverfahren ist es Forschenden gelungen, einzelne Gehirnzellen ohne Kontrastmittel sichtbar zu machen. Das setzt neue Standards in der zerstörungsfreien dreidimensionalen Bildgebung.

Das Gewebe des menschlichen Gehirns gehört zu den fragilsten Strukturen der Natur. Um die Funktionsweise dieses faszinierenden Organs besser zu verstehen sowie Krankheiten erkennen und erfolgreich behandeln zu können, sind bildgebende Verfahren zur drei-dimensionalen Darstellung der Gehirnstrukturen von grosser Bedeutung.

Die wohl bekannteste Methode, die detaillierte Einblicke ins Gehirn liefert, ist die Magnetresonanztomographie (MRT). Ihr Auflösungsvermögen ist jedoch zu gering, um die Struktur auf der Ebene einzelner Zellen zu untersuchen. Das Wissen über die Mikrostrukturen des Gehirns beruht deshalb heute auf histologischen Schnitten, bei deren Herstellung das Gewebe zerschnitten und eingefärbt wird.

Eine zerstörungsfreie Methode ist das klassische Röntgenbild, bei dem verschiedene Strukturen des Körpers die Röntgenstrahlen unterschiedlich stark absorbieren. Dies ermöglicht zwar eine hohe Auflösung, da aber unterschiedliche Weichteilgewebe ähnlich beschaffen sind, zeigt sich bei Aufnahmen des Gehirns nur eine graue Fläche mit schwachem Bildkontrast.

Mehr Kontrast mit Phasenkontraströntgen
Eine Alternative dazu bildet seit einigen Jahren das sogenannte Phasenkontraströntgen, ein aufwendiges Verfahren mit Synchrotronstrahlung, mit dem weiche Gewebe viel besser voneinander unterschieden werden können als bei MRT- oder klassischen Röntgenaufnahmen. Denn beim Phasenkontraströntgen werden nicht nur die Absorption der Röntgenquanten, sondern auch kleinste Richtungsänderungen gemessen.

Die Forschenden um Prof. Bert Müller vom Biomaterials Science Center der Universität Basel verwendeten für ihr Experiment nun eine neuartige Messtechnik, die sogenannte gitterbasierte Talbot-Interferometrie, die sich die Interferenz von Röntgenwellen zunutze macht. Damit gelang es ihnen, neben den Blutgefässen auch verschiedene Strukturen des Gehirns sichtbar zu machen.

Entlang einer bestimmten Schicht des Kleinhirns, dem «stratum granulosum», erkannten die Forscher zudem Mikrostrukturen in der Grösse von etwa 40 Mikrometern, die sie als Purkinje-Zellen identifizierten. Die dreidimensionale Darstellung einzelner Purkinje-Zellen ohne den Einsatz von Kontrastmitteln ist bisher einmalig in der Computertomographie und setzt neue Standards in der Bildgebung. «Damit sind wir weltweit die Ersten, die diese Zellen ohne Markierungsstoffe sehen können», so Bert Müller.

Originalbeitrag
Georg Schulz, Timm Weitkamp, Irene Zanette, Franz Pfeiffer, Felix Beckmann, Christian David, Simon Rutishauser, Elena Reznikova and Bert Müller: High-resolution tomographic imaging of a human cerebellum: comparison of absorption and grating-based phase contrast.