Fakultätsbericht 2016-2017

Abb. 2. links: kompakte CARS/SHG/TPEF-Fasersonde; rechts: Multimodales Bild aufgenommen in einem Schweinedarm ex-vivo (CARS (rot), SHG (blau) und TPEF (grün)). Abb. 3. Dreidimensionale Darstellung eines synchronen Korrelationsspektrums zur Analyse molekularer polymerer Selbstheilungsprozesse. Ein weiterer Fokus der AG Popp besteht in der Er- forschung chemisch sensitiver linearer und nicht- linearer Spektroskopie-Ansätze für eine Multi- Kontrast-Bildgebung biologischer und biomedizi- nischer Zielstrukturen (z. B. zirkulierender Tumor- zellen, Gewebeproben, Organe). Den applikativen Schwerpunkt stellt der Bereich der klinischen Di- agnostik dar, wie z. B. die intraoperative Bestim- mung von Tumorrändern. Hier konnte die Arbeits- gruppe in umfangreichen Arbeiten die Leistungs- fähigkeit eines Multikontrast-Mikroskopie-Ansatzes zur schnellen großflächigen Darstellung der Ge- webemorphochemie zeigen, welcher die spektro- skopischen Modalitäten CARS ( coherent anti- Stokes Raman scattering ), SHG (second harmo- nic generation) und TPEF ( two photon excited flu- orescence microscopy ) kombiniert. Dieser Ansatz wurde in eine kompakte, faseroptische Sonde durch Kombination von Multikernfasern mit Gra- dientenindexlinsen überführt, welche sich zur multimodalen Bildgebung im Körper eines Patien- ten nutzen lässt. Daneben werden innovative technologische Konzepte erforscht, um die spek- troskopischen Multikontrastansätze näher an den klinischen Einsatz heranzubringen. [4] Lukic, A., Dochow, S., Bae, H., Matz, G., Latka, I., Messerschmidt, B., Schmitt, M., Popp, J. (2017): Endoscopic fiber probe for nonlinear spectroscopic imaging. Optica, 4, 496-501. DOI 10.1364/ OPTICA.4.000496. [5] Schie, I.W., Kiselev, R., Krafft, C., Popp J. (2016): Rapid acquisition of mean Raman spectra of eukaryotic cells for a robust single cell classification. Analyst, 141, 6387-6395. DOI: 10.1039/c6an01018k. [6] Legesse, F.B., Meyer, T., Heuke, S., Gottschall, T., Pascher, T., Lim- pert, J., Tünnermann, A., Schmitt, M., Popp, J. (2017): Dual-focus coherent anti-Stokes Raman scattering microscopy using a compact two-beam fiber laser source. Opt. Lett., 42, 183-186. DOI: 10.1364/ OL.42.000183. FORSCHUNG — 61 Spektroskopische Detektion von Zell- und Gewebepathologien Um die in den beiden anderen, auf dieser Seite erläuterten Forschungsprojekten erzeugten spekt- roskopischen Messdaten in relevante Informatio- nen zu übersetzen, sind auf das zu lösende Prob- lem und die angewandte spektroskopische Tech- nik zugeschnittene statistische und mathemati- sche Methoden unabdingbar. In diesem Zusam- menhang konnte die AG Popp Bildauswertealgo- rithmen zur automatisierten histopathologischen Beurteilung von multimodalen CARS/SHG/TPEF- Bildern entwickeln. Highlight dieser Untersuchun- gen ist die Etablierung einer Methode, welche CARS/SHG/TPEF-Bilder in eine Hämatoxylin-Eosin- ähnliche Färbung überführt. Neben diesen biome- dizinischen Anwendungen wurde die 2D-Korrela- tionsanalyse für die detaillierte Auswertung von minimalen spektroskopischen Änderungen auf- grund von Selbstheilungsvorgängen in Polymeren etabliert. Insgesamt konnte die computergestütz- te Auswertung von spektroskopischen Messda- ten entscheidend weiterentwickelt werden. [7] Chernavskaia, O., Heuke, S., Vieth, M., Friedrich, O., Schuermann, S., Atreya, R., Stallmach, A., Neurath, M.F., Waldner, M., Petersen, I., Schmitt, M., Bocklitz, T., Popp, J. (2016): Beyond endoscopic assessment in inflammatory bowel disease: real-time histology of disease activity by non- linear multimodal imaging. Sci. Rep., 6, 29239. DOI: 10.1038/srep29239. [8] Bocklitz, T., Salah, F.S., Vogler, N., Heuke, S., Chernavskaia, O., Schmidt, C., Waldner, M., Greten, F.R., Bräuer R., Schmitt, M., Stallmach, A., Petersen, I., Popp, J. (2016): Pseudo-HE images derived from CARS/ TPEF/SHG multimodal imaging in combination with Raman- spectroscopy as a pathological screening tool. BMC Cancer, 16, 534/1- 1. DOI: 10.1186/s12885-016-2520-x. [9] Geitner, R., Koetteritzsch, J., Siegmann, M., Fritzsch, R., Bocklitz, T.W., Hager, M.D., Schubert, U.S., Graefe, S., Dietzek, B., Schmitt, M., Popp, J. (2016): Molecular self-healing mechanisms between C-60-fullerene and anthracene unveiled by Raman and two-dimensional correlation spectroscopy. Phys. Chem. Chem. Phys., 18, 17973– 17982. DOI: 10.1039/c6cp03464k. Chemometrische und bildanalytische Untersuchungen