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UH-Professor entwickelt ein Bildgebungssystem zur Verbesserung der Sicht auf Hornhaut und fetales Gehirn


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Unter der Leitung von Kirill Larin erlebt die hochauflösende optische Kohärenztomographie (OCT) einen großen Aufschwung. In den letzten 20 Jahren hat der UH-Professor für Biomedizintechnik die Entwicklung von einem Gerät, das nur die Netzhaut untersucht, zu einem Gerät vorangetrieben, das eine unglaublich große Vielfalt an inneren Organen messen kann, vom fötalen Herzen bis zum Neuralrohr.

Bei der OCT sind keine Biopsien erforderlich; Es werden keine invasiven Maßnahmen ergriffen. Stattdessen nutzt die Bildgebungstechnik Lichtwellen, um Querschnittsbilder aufzunehmen und 3D-Bilder zu liefern.

Und obwohl Larin seit mehr als zwei Jahrzehnten die Grenzen der Möglichkeiten von OCT ausreizt, steht er erst am Anfang.

Über 5 Millionen US-Dollar an Neuinvestitionen in seine Arbeit veranlassten ihn, OCT zu entwickeln, um in das fetale Gehirn zu blicken und zu beurteilen, wie es durch mütterlichen Alkoholkonsum und Rauchen beeinflusst wird. Er bringt die Technologie auch in klinische Umgebungen ein, um Augenkrankheiten zu diagnostizieren und zu verhindern.

Das fetale Gehirn – verhindert die Wirkung von Alkohol und Nikotin und kehrt sie um

Obwohl die Ursache angeborener Anomalien des Gehirnwachstums komplex ist, sind vorgeburtliche Alkohol-/Ethanol- und Nikotinexposition (PEE/PNE) als Faktoren bekannt, die zu solchen Defekten führen. Bisher bestand ein Mangel an empfindlichen, hochauflösenden Werkzeugen zur Visualisierung dynamischer Veränderungen in der fetalen Physiologie.

Mit einem Zuschuss in Höhe von 3,2 Millionen US-Dollar vom Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health & Human Development werden Larin und sein Team eine neue empfindliche, hochauflösende Bildgebungsplattform für die In-utero-Bildgebung des fetalen Gehirns entwickeln, die eine erhebliche Lücke in der Entwicklung schließen wird Verständnis der Entstehung von Hirnwachstumsdefiziten aufgrund von PEE/PNE.

Larin berichtete zuvor, dass die vorgeburtliche Ethanolexposition zu einer schnellen und anhaltenden Abnahme des Blutflusses durch die mittlere Hirnarterie und den pialen, perineuralen Gefäßplexus führt, der das fetale Gehirn mit Blut versorgt. Jetzt wird er dies noch weiter erforschen.

„Wir werden eine neue Bildgebungsplattform entwickeln, die die komplementären Vorteile von OCT und Zwei-Photonen-Lichtblattmikroskopie (2pLSM) für die In-utero-Bildgebung des fetalen Gehirns kombiniert. Die Werkzeuge werden es uns – zum ersten Mal – ermöglichen, dynamisch zu werden.“ , zeitaufgelöste Beurteilung der Kapillarpermeabilität und der Invasion von Monozytenvorläufern“, sagte Larin.

„Diese Studien werden uns auch in die Lage versetzen, mit der Bewertung der Wirksamkeit neuer pharmakologischer Interventionsstrategien zu beginnen, die darauf abzielen, die Auswirkungen der Alkohol-, Ethanol- und Nikotinexposition auf Föten zu verhindern oder umzukehren.“

Einblicke in die Hornhaut

Mit einem Zuschuss in Höhe von 2,9 Millionen US-Dollar vom National Eye Institute wird Larin die OCT in eine weitere Richtung führen und eine Version davon entwickeln, die sich problemlos in die Praxis eines Arztes integrieren lässt.

„Wir schlagen eine neuartige Methode für eine berührungslose Beurteilung der elastischen Eigenschaften der Hornhaut vor. Eine solche Technologie, die sogenannte Heart-beat Optical Coherence Elastography (hbOCE), könnte Methoden für die routinemäßige Hornhautuntersuchung revolutionieren, zusätzliche mechanische Informationen liefern und eine schnelle klinische Anpassung rechtfertigen.“ „, sagte Larin. „Wir werden volumetrische phasenempfindliche Hochgeschwindigkeits-OCT-Scans der Hornhaut während mehrerer Phasen des Herzschlags durchführen, um Hornhautverformungen und damit die Biomechanik zu messen.“

Eine genaue Messung der Hornhautbiomechanik mit hoher räumlicher Auflösung würde nicht nur die klinische Interpretation diagnostischer Tests beeinflussen, beispielsweise durch die Messung des Augeninnendrucks oder die Beurteilung der Wirkung medikamentöser Therapien, sondern auch die Entwicklung von Erkrankungen des hinteren Augenbereichs wie Glaukom vorhersagen. Derzeit gibt es keine zuverlässige Methode zur quantitativen Messung der Hornhautelastizität in vivo und mit hoher Auflösung.

Unsere Studien werden den Übergang der Augenelastographie in Kliniken beschleunigen, unsere Auswahl und Anwendung von chirurgischen Hornhautbehandlungen beeinflussen und uns helfen, die strukturellen Folgen von Hornhauterkrankungen und der Wundheilung zu verstehen.“

Kirill Larin, UH-Professor für Biomedizintechnik

Larin nennt seine Arbeit „Grenztechnologie“, da er die Grenzen der OCT erweitert und einen besseren Einblick in den menschlichen Körper ermöglicht.

Quelle:

Universität Houston

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Daniel Wom

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