Phasenmikroskopie Handsonde macht Zellstrukturen ohne Färbung sichtbar

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Eine handgeführte Sonde ohne bewegte optische Bauteile liefert 25 Phasenbilder pro Sekunde von lebendem Gewebe. Erprobt wurde die Sonde an menschlicher Haut und am freigelegten Schweinehirn. Sie soll Chirurgen helfen, Hirntumorgrenzen während der Operation zu beurteilen. Menschliches Tumorgewebe untersuchte das Team bislang nur nach der Entnahme; die diagnostische Zuverlässigkeit ist noch nicht klinisch belegt.

Wo ein diffus wachsender Hirntumor endet, lässt sich während der Operation schwer erkennen. Ein Gefrierschnitt braucht bestenfalls rund 20 Minuten, die Aufarbeitung für Paraffinschnitte mehrere Stunden. Forscher des Georgia Institute of Technology und der Emory University in Atlanta haben deshalb eine handgeführte Phasensonde entwickelt, die Zellstrukturen direkt am Operationsort zeigen soll. Die Arbeit leitete der Bildgebungsforscher Francisco E. Robles. Zum Team gehörten der Neurochirurg Jeffrey J. Olson und der Neuropathologe Stewart G. Neill von der Emory University [1]. Technisch handelt es sich um ein quantitatives Phasenmikroskop. Im Bildzentrum erreicht es etwa 0,8 Mikrometer laterale Auflösung; die axiale Auflösung beträgt 5 Mikrometer. Das Sichtfeld misst 300 × 300 Mikrometer. Die Sonde lässt sich mit einer sterilen Schutzhülle verwenden [1].

Gestreutes LED-Licht liefert den Bildkontrast

Das Verfahren heißt quantitative Schräg-Rückbeleuchtungsmikroskopie, kurz qOBM. Vier Lichtleiter rund um die Sondenspitze führen nacheinander LED-Licht mit 720 Nanometern Wellenlänge ins Gewebe, wo es mehrfach gestreut wird. Ein Teil des LED-Lichts beleuchtet die Bildebene schräg von innen. Aus den Intensitätsunterschieden gegenüberliegender Beleuchtungsrichtungen rekonstruiert die Software mithilfe der optischen Übertragungsfunktion ein quantitatives Phasenbild [1,2].

LEDs und Rechner stehen auf einem Gerätewagen, der über Lichtleiter und Kamerakabel mit der Handsonde verbunden ist. Die Kamera erfasst das Bildfeld flächig. Eine Rastermechanik und bewegte optische Bauteile entfallen. Je vier Rohaufnahmen ergeben ein Phasenbild; davon entstehen 25 pro Sekunde [1].

Die Gradientenindexlinse erzeugt eine Bildfeldwölbung; die feste Bildebene ist deshalb gekrümmt. In der Bildmitte lag der Fokus bei den Versuchen etwa 75 Mikrometer unter der Oberfläche der Sonde. Die Wellenlänge von 720 Nanometern begrenzt die Eindringtiefe in Hirngewebe laut den Autoren auf rund 200 Mikrometer [1]. Diese Tiefenangabe ist von der hier gewählten Fokuslage zu unterscheiden [1].

Tumorgewebe bislang außerhalb des Körpers untersucht

Das Team bildete die Unterarmhaut eines gesunden Freiwilligen und freigelegtes Hirngewebe eines lebenden Schweins ab. Hinzu kamen Ex-vivo-Versuche an Hirngewebe gesunder Mäuse und aus einem Maus-Tumormodell sowie an vier menschlichen Hirntumorproben [1].

Die menschlichen Proben umfassten ein Glioblastom (WHO-Grad 4), ein Astrozytom (Grad 3) und zwei Astrozytome (Grad 2). Ein Glioblastom und ein Astrozytom sind beides bösartige oder gutartige Tumoren des Gehirns, die aus denselben Stützzellen entstehen – den sogenannten Astrozyten (einer Art von Gliazellen). Sie gehören zur Familie der Gliome. Der genaue Unterschied liegt in der Einteilung, der Bösartigkeit und der genetischen Veränderung. Eine Grad-2-Probe war vor der Aufnahme fixiert. Die Phasenbilder zeigten Merkmale, die auch in konventionell gefärbten Gewebeschnitten erkennbar waren. Für die Ex-vivo-Bilder wurden jeweils fünf Aufnahmen gemittelt. Die In-vivo-Bilder entstanden ohne Mittelung [1].

Dieser qualitative Bildvergleich belegt noch keine verlässliche Tumorerkennung. Diagnostische Sensitivität und Spezifität sowie ein Nutzen für chirurgische Entscheidungen müssen klinisch geprüft werden [1]. Ob die Sonde Gewebeentnahmen einsparen kann, bleibt offen.

Die Emory University registrierte eine klinische qOBM-Studie mit geplanten 24 Patienten zur Prüfung von Sicherheit und Zuverlässigkeit der intraoperativen Bildgebung (NCT05513859). Sie begann am 11. März 2024. Der Registereintrag vom 24. April 2026 führt sie als vorübergehend ausgesetzt; Ergebnisse sind nicht hinterlegt [3].

Quellen

[1] Guang Z, Bharadwaj S, Zhang Z, Li Z, Neill S, Olson JJ, et al. Label-free, real-time optical biopsy with a handheld quantitative phase microscope. Nat Commun. Online veröffentlicht am 24. Oktober 2026 [Article in Press]. doi:10.1038/s41467-026-78971-2. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1038/s41467-026-78971-2 [zitiert am 2. November 2026]. [2] Li Z, Costa PC, Serafini C, Bharadwaj S, Guang Z, Robles FE. Experimental assessment of the optical transfer function for quantitative oblique back illumination microscopy (qOBM). Opt Express. 2025;33(3):5088–5098. doi:10.1364/OE.547477. Verfügbar unter: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12011374/ [zitiert am 2. November 2026].
[3] ClinicalTrials.gov [Internet]. Bethesda (MD): National Library of Medicine (US). Identifier NCT05513859, Investigational Imaging Technique During Brain Surgery; [aktualisiert am 24. April 2026; zitiert am 2. November 2026]. Verfügbar unter: https://clinicaltrials.gov/study/NCT05513859.