Ultramikroskopie bei Brustkrebs – Tumor in 3D

Pathologen analysieren Krebsgewebe nach der Operation bisher anhand dünner Schnitte. Jetzt gibt es eine neue Methode: Mittels Ultramikroskopie lassen sich Tumorzellen in 3D sichtbar machen.

Die Operation ist bei vielen Krebsarten Standard – auch bei Brustkrebs. Ärzte versuchen im Rahmen des chirurgischen Eingriffs, die Krebszellen möglichst vollständig zu beseitigen. Dann stehen die Chancen gut, dass der Tumor nicht erneut wächst, im Körper streut und in anderen Organen Metastasen bildet. Um sicherzugehen, dass keine Tumorzellen im Körper zurückgeblieben sind, untersuchen Pathologen das entfernte Tumorgewebe nach der Operation im Labor. Sie fertigen dünne Schnitte des Gewebes an und suchen dort nach eventuell verbliebenen Krebszellen.

Ultramikroskopie – noch vorhandene Krebszellen erkennen

Jetzt entwickelte die TU Wien gemeinsam mit der TU München ein neues Verfahren, welches die aufwändigen und zeitraubenden Gewebeschnitte zukünftig ersetzen könnte. Die Forscher machten das entfernte Tumorgewebe erst durchsichtig und durchleuchteten es dann mit Hilfe eines speziellen Ultramikroskops. So können Pathologen das gesamte Gewebe nach der Op in 3-D analysieren. 

Unter dem Mikroskop kann man sehen, ob der entfernte Tumor von einem Saum gesunden Gewebes umgeben ist.

Prof. Hans Ulrich Dodt, Institut für Festkörperelektronik TU Wien

Das Ultramikroskop solle die Krebsdiagnostik in Zukunft deutlich zuverlässiger machen. Die Ergebnisse ihrer Untersuchungen veröffentlichten die Forscher in der Oktoberausgabe des Fachmagazins Nature scientific reports.

Das Gewebe mittels Ultramikroskopie durchsichtig machen

Ihre spezielle Technik der Ultramikroskopie testeten sie an Proben von Brustkrebsgewebe. Die Wissenschaftlerin Inna Sabdyusheva entwickelte im Rahmen ihrer Doktorarbeit ein chemisches Verfahren, mit dem sich diese Brustkrebsproben „klären“ und durchsichtig machen lassen. Das Gewebe wird unter anderem fixiert und das Wasser daraus entfernt. Die Struktur des Gewebes bleibt dabei jedoch erhalten. Eventuell vorhandene Krebszellen sind auch nach der chemischen Behandlung noch gut erkennbar.

Die transparente Gewebeprobe wird anschließend mit einem Ultramikroskop durchleuchtet. Dabei durchdringt eine dünne Schicht aus Laserstrahlen – ein sogenanntes Lichtblatt – das Gewebe. Besonders wichtig ist es, dass das Lichtblatt extrem dünn ist. Denn davon hängt es wiederum ab, wie gut die Auflösung des mikroskopischen Verfahrens ist. Die Gewebeprobe lässt sich auf diese Weise Schicht für Schicht auf Krebszellen hin untersuchen. Auf dem Computerbildschirm können sich Pathologen dann beliebige Schnitte durch den Tumor anzeigen lassen – obwohl sie selbst den Tumor nie zerschnitten haben.

Die Forscher gewannen in ihren Untersuchungen zusätzliche Einblicke, die zuvor nicht möglich waren. In einigen Gewebeproben entdeckten sie zum Beispiel Milchgänge, die mit Krebszellen verstopft waren. „Diese Methode wird die Pathologie revolutionieren“, ist Dodt überzeugt. „Wir können in kürzerer Zeit als bisher eine größere Verlässlichkeit bei den Untersuchungen erzielen.“

Pathologie der Zukunft: „Mit der Maus durch die Bilder scrollen“

Außerdem könnte die neue 3-D-Methode neue Erkenntnisse über die Krebsentwicklung liefern. Es sei nun erstmals möglich, die Ausbreitung von Krebszellen in menschlichen Operationspräparaten dreidimensional darzustellen. Dies könnte einen wichtigen Fortschritt beim  Verständnis der Tumorbiologie bedeuten.

Auch die Arbeit der Pathologen soll die 3-D-Ultramirkoskopie zukünftig erleichtern. Es sei dann nicht mehr nötig, eine große Anzahl feingeweblicher (histologischer) Schnitte unter dem Mikroskop zu überprüfen. „In der Pathologie wird man – ähnlich wie in der Radiologie – am Bildschirm mit der Maus durch die Bilder scrollen können“, glaubt Dodt. Die gewaltige Menge an Bilddaten, die dabei entsteht, eröffne zusätzlich ganz neue Chancen im Bereich der künstlichen Intelligenz KI.

Vielleicht könnten so in Zukunft KI-Programme die Tumordiagnostik beschleunigen und vereinfachen.“

Prof. Hans Ulrich Dodt, Institut für Festkörperelektronik TU Wien

Wichtig fürs Rückfallrisiko: Wurde der Tumor in Gesunden entfernt?

Nach einer Krebsoperation werfen Pathologen im Labor grundsätzlich einen weiteren Blick auf die Tumorprobe, um zu sehen, ob der Operateur alle Krebszellen erwischt hat. Doch die Aufbereitung des Gewebes im Labor kostet Mühe und Zeit. Oft dauert es mehrere Tage, bis die Bilder tatsächlich vorliegen. Pathologen fixieren und färben das Gewebe, betten es in Paraffin ein und zerschneiden die Paraffinblöcke dann mit einem Mikrotom – einem speziellen Gerät, mit dem sich sehr dünne Schnittpräparate herstellen lassen. Diese feinen Präparate legen sie zwischen zwei Glasplättchen und begutachten sie unter dem Mikroskop.  

Pathologen können in der Vergrößerung erkennen, ob der Tumor „im Gesunden entfernt wurde“. In diesem Fall sind an den Rändern der Tumorprobe keine Krebszellen mehr nachweisbar. Die aktuellen S3-Leitlinien für Brustkrebs nennen einen tumorfreien Rand von zwei Millimetern – vorausgesetzt, dass nach der Operation eine Strahlentherapie folgt. Diese Schwelle gilt als ausreichend, um das Rückfallrisiko zu kontrollieren. 

Ist dem Operateur die Entfernung im Gesunden gelungen,  muss sich ein Krebspatient oft nur noch erholen. Wenn nicht, folgt eine Nachoperation oder Bestrahlung, um die verbliebenen Krebszellen vollständig zu beseitigen. Vor allem nach einer Brustkrebsoperation ist eine Nachbehandlung keine Seltenheit.

Nie lässt sich der ganze Tumor untersuchen

Das Problem der Pathologen ist, dass sie durch die Gewebeschnitte nie den gesamten Tumor vollständig untersuchen können. Normalerweise entnehmen sie etwa alle fünf Millimeter einen  etwa vier Mikrometer dicken Schnitt. „Das bedeutet, dass nur etwa ein Tausendstel des gesamten Tumorvolumens auch tatsächlich untersucht wird“, erklärt Dodt. In kritischen Bereichen lassen sich die Dünnschnitte auch enger setzen.

Dennoch bleibt: Das gesamte Gewebe lässt sich auf diese Weise nicht erfassen. Deshalb könnte die Ultramikroskopie in Zukunft eine neue Möglichkeit in der Krebsdiagnostik sein. Den Forscher zufolge ist das Verfahren kostengünstig und leicht durchzuführen. Zudem liefert die Ultramikroskopie schnellere und bessere Ergebnisse – sie könnte also bald in den Alltag der Pathologen einziehen.

Quelle:

• I. Sabdyusheva Litschauer et al., 3D histopathology of human tumours by fast clearing and ultramicroscopy, Scientific Reports 10, 17619 (2020). https://www.nature.com/articles/s41598-020-71737-w

Neueste Artikel