Biomedizinische Forschung

Die Core Facility Preclinical Imaging konzentriert sich auf die Etablierung präklinischer Bildgebungsverfahren in Tier- und in vitro Modellen und deren Anwendung in der biomedizinischen Forschung. Die standardisierte Integration präklinischer Bildgebung in Grundlagenforschung und translationale Projekte, laufende Entwicklungen und Kooperationen zielen darauf ab, Tierversuche zu reduzieren, zu verfeinern und zu ersetzen und so die effektive Umsetzung der 3R-Prinzipien zu fördern. 

Präklinische Bildgebung

In vivo bedeutet wörtlich „innerhalb der Lebenden“. Bildgebungstechniken ermöglichen es, natürliche Prozesse und Krankheiten bei lebenden Organismen nicht- bis minimal-invasiv zu untersuchen und Entwicklungen und Reaktionen über einen längeren Zeitraum hinweg zu überwachen. Darüber hinaus, können auch ex vivo Proben und Materialen mit hoher Auflösung dargestellt werden.

So können, unter Verwendung modernster Techniken, Bilder in verschiedenen Ebenen darstellen, vom Ganzkörperbild bis hin zu zellulären Strukturen. Hierfür stehen folgende Verfahren zur Verfügung:

  • mikroComputertomographie: Sichtbar gemacht wird die unterschiedliche Durchlässigkeit der Röntgenstrahlung von Geweben und Materialien. Die Darstellung erfolgt in 3 Ebenen.

  • mikroUltraschall: Sichtbar gemacht werden verschiedene physiologische oder anatomische Strukturen durch hochfrequente Schallwellen als hochauflösendes 2D-, 3D- oder 4D-Bild.

  • Optische Bildgebung basierend auf Fluoreszenz und/oder Biolumineszenz: Bei Nutzung von Fluoreszenzsignalen werden Moleküle detektiert, die das Licht einer bestimmten Wellenlänge absorbieren und einer anderen Wellenlänge emittieren. Bei der sensitiveren Biolumineszenz wird ein Substrat (Luciferin) im Tier metabolisiert (Enzym Luciferase), wobei Licht emittiert und detektiert wird.

Außerdem werden folgende Geräte und Räume von der Core Facility Preclinical Imaging betreut:

  • Biologischer Irradiator RS2000 (RadSource) und S2 Werkbank

  • Zellkulturlabor für Arbeiten mit isoliertem Gewebe oder Zellen humanen oder tierischen Ursprungs

Die Systeme der Core Facility Preclinical Imaging können für verschiedene Fragestellungen verwendet werden (siehe Applikationen sowie technische Details bei den jeweiligen Systemen). Das Team der Core Facility Preclinical Imaging steht Ihnen gerne für individuelle Fragen zur Projektplanung und Projektdurchführung zur Verfügung.

SkyScan 1276 High Resolution in vivo X-Ray Microtomograph (Bruker)

Die mikro-Computertomographie ist ein nicht-invasives radiologisches Schnittbildverfahren mit sehr hoher Auflösung und kann sowohl für pathologische und physiologische Analysen als auch für Materialuntersuchungen verwendet werden. 

Für in vivo Untersuchungen von Kleinnagern (Maus, Ratte) steht eine ins Gerät führende Anästhesieeinheit zur Verfügung. 

Durch die Verwendung gut entwickelter Kontrastmittel ist nicht nur die Darstellung von Knochen, sondern auch die Untersuchung von Weichteilgewebe möglich. 

Für die Datenauswertung und Datennachbearbeitung in 2D und 3D steht eine Hochleistungs-Workstation (Dual Xeon mit 128 GB RAM) zur Verfügung. Die Rekonstruktion, Inspektion, Visualisierung und Analyse der internen Objektstruktur erfolgt mittels der Bruker 3D.SUITE-Software (Bruker).

Um ein zufriedenstellendes Ergebnis liefern zu können ist ein klärendes Gespräch zu Beginn unumgänglich. Hierbei werden die konkrete Fragestellung des Projekts, die Analysemöglichkeiten sowie der geschätzte Zeit- und Kostenaufwand geklärt. Das PCI-Team wird dementsprechend die Untersuchungen und Auswertungen etablieren und durchführen.

 Anwendungen

  • Quantifizierung von adipösem Gewebe
  • Untersuchungen der Lunge
  • Weichgebeuntersuchungen mitels Kontrastmittel
  • Knochenstrukturanalysen, Dichtemessungen und Implantatuntersuchungen
  • Materialuntersuchungen

Gerätespezifikationen für in vivo, ex vivo, in vitro Analysen

  • Cooled CCD X-Ray Detektor
  • Detektorpixels 4032x 2688
  • Max. FOV 80 x 300 mm
  • 20-100 kV
  • 2.8 μm kleinster Pixel (ex vivo)
  • 5-6 μm Details mit mehr als 10 % Kontrast

Datenanalyse: 3D.SUITE-Software 

  • SKYSCAN 2214: Instrumentensteuerung und Datenerfassungssoftware 
  • NRECON: Rekonstruiert 3D-Volumina aus 2D-Projektionsbildern 
  • DATAVIEWER: Datenanalyse zur schichtweisen Inspektion von 3D-Volumina und 2D/3D-Bildregistrierung 
  • CTVOX: Realistische Visualisierung durch Volumenrendering
  • CTAN: 2D/3D-Bildanalyse und -verarbeitung 
  • CTVOL: Visualisierung von Oberflächenmodellen zum Export für CAD oder 3D-Druck

MikroUltraschall VevoF2 (Fujifilm, Visualsonics)

Das neue VevoF2 Ultraschallsystem ergänzt als präklinisches Bildgebungssystem der nächsten Generation zusätzlich zum Vevo3100 die präklinische Bildgebung. 

Mit einem erweiterten Frequenzbereich ermöglicht der Ultraschall die hochauflösende Bildgebung verschiedener Tiermodelle. Dabei wird sowohl die detaillierte Oberflächenvisualisierung als auch das Eindringen in tiefere Gewebeschichten unterstützt, wodurch der VevoF2 für vielfältige Forschungsanwendungen geeignet ist.

Die Hochgeschwindigkeitsbildgebung gewährleistet eine noch präzisere Erfassung schneller physiologischer Prozesse. 

Die optionale Integration der photoakustischen Funktion erweitert die Einsatzmöglichkeiten und eröffnet neue Wege für fortschrittliche funktionale, molekulare und anatomische Analysen.

Anwendungen

  • Onkologische Studien (Tumorvermessung; Hypoxie, Angiogenese)
  • Bildgeführte Injektion (orthotope Modelle)
  • Kardiovaskuläre Studien
  • Organscreening
  • Neurobiologie
  • Molekularbiologie

Gerätespezifikationen 

  • Beheizbare Plattform für Maus oder Ratte, inklusive Tablet
  • 3D-Motor
  • Überwachungseinheit für Vitalparameter
  • Injektionsarm
  • Injektionspumpe
  • Photoakustik-fähig: Kompatibel mit dem LAZR-X-Laserwagen für multimodale Bildgebung
  • Dreifach-Schallkopfanschluss
  • Transducer
  • UHF71X:71–30 MHz Linear; Zebrafischkardiologie und Abdominalimaging, Mausembryologie, vaskuläre und epidermale Bildgebung
  • UHF57x: 57–25 MHz Linear; Herz-Kreislauf-Erkrankungen bei Mäusen, Abdominal- und Fortpflanzungsorgane, Embryologie von Mäusen und Ratten, Gefäße bei kleinen Ratten
  • UHF29X: 29–15 MHz Linear; Rattenkardiologie und Abdominal (<250 g)

Datenanalyse

  • Vevo LAB Software
  • VevoStrain Software Paket
  • VevoVasc Software Paket

MikroUltraschall Vevo3100 (Fujifilm, Visualsonics)

Der bediener*innenfreundliche Vevo3100 ist das weltweit erste auf Touchscreen-Bedienung basierende präklinische Ultraschallsystem. Alle vier Schallköpfe des Systems können an verschiedenen Proben in allen verfügbaren Modi verwendet werden. 

Mit einer Auflösung bis zu 30 µm ermöglicht das Ultraschallsystem Vevo3100 nicht-invasive Untersuchungen in Echtzeit. Dazu zählen neben Aufnahmen in 2D, 3D und 4D auch genaueste Herz-Kreislauf Untersuchungen sowie die Untersuchung von Organe. 

Mittels eines adaptierbaren Injektionsarms ist die gezielte bildgeführte Injektion von Substanzen und Zellen (z.B. Drug-delivery, orthotope Modelle) möglich. 

Die Verwendung von Kontrastmitteln (z.B. Mikrobubbles) ermöglicht zusätzlich die Visualisierung des Blutflusses im Vergleich zum umgebenden Gewebe zu verbessern.

Eine Überwachungseinheit ermöglicht die Überprüfung und Aufzeichnung der Vitalfunktionen wie Physiologie, EKG, Atmung und Körpertemperatur des Tieres.  

Anwendungen

  • Onkologische Studien (Tumorvermessung)
  • Bildgeführte Injektion (orthotope Modelle)
  • Kardiovaskuläre Studien
  • Organscreening

Gerätespezifikationen 

  • Beheizbare Plattform für Maus oder Ratte
  • 3D-Motor
  • Überwachungseinheit für Vitalparameter
  • Injektionsarm
  • Transducer
  • MX250: 15–30 MHz; Herz-Kreislauf- und Abdominalbereich, Tumore, alle MicroMarker™-Anwendungen; Axiale Auflösung: 100 µm
  • MX400: 20–46 MHz; Abdominalbereich, Herz-Kreislauf, Embryologie, Tumore; Axiale Auflösung: 50 µm
  • MX550D: 25–55 MHz; Abdominalbereich, Reproduktionsmedizin, Herz-Kreislauf, Embryologie, Tumore; Axiale Auflösung: 40 µm
  • MX700: 29–71 MHz; Gefäßbereich, Embryologie, oberflächliches Gewebe, Augenheilkunde; Axiale Auflösung: 30 µm

Datenanalyse

  • Vevo LAB Software
  • VevoStrain Software Paket
  • VevoVasc Software Paket

LAGO Optical Imaging (Oncomed Solutions/ Bruker)

Das Optical Imaging (optische Bildgebung) ist ein nicht-invasives, bildgebendes Verfahren, bei dem pathologische und physiologische Analysen, wie auch in vitro Analysen durchgeführt werden können. 

Für die Detektion von Signalen kann entweder Fluoreszenz oder Biolumineszenz verwendet werden. 

Für in vivo Untersuchungen von Kleinnagern steht eine ins Gerät führende Anästhesieeinheit sowie eine beheizte, lichtdichte Bildgebungskammer zur Verfügung.

Anwendungen

  • Onkologische Studien
  • Metabolische Studien
  • Infektionsstudien
  • Orthopädische Studien

Gerätespezifikationen 

  • Messung von Fluoreszenz und Biolumineszenz
  • Maximale Kapazität für eine zeitgleiche in vivo Messung von 10 Mäusen oder 3 Ratten
  • Ex vivo Messung (z.B. 96-well Platten)
  • Einstellbares Sichtfeld (FoV)
  • LEDs für Fluoreszenzanregung 
  • 14 Wellenlängen für Anregung (360 nm – 805 nm, auch Near-Infrared Bereich) und 20 Emissionsfilter (490 nm – 870 nm), welche auch frei kombinierbar sind
  • -90°C gekühlte CCD Kamera
  • Absolut kalibriertes System - auch für die Datenquantifizierung geeignet
  • Möglichkeit zur Serienaufnahme und Kinetik

Datenanalyse

  • Frei verfügbare Aura Imaging Software für PC/ Mac

Leiterin der Core Facility

Mag.a
Karoline Fechter  PhD
T: +43 316 385 83952