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Medizinisch-optische Bildgebung

Arbeitsgruppe 8.31

Bildgebende Durchflusszytometrie

Entwicklung von Messverfahren zur Bildgebung von einzelnen Zellen und Partikeln im Durchfluss


Fluoreszenzbilder und Streulichtverteilungen von sphärischen Mikropartikeln beim Passieren des Laserstrahls in einer Durchflusszelle. Oben: Fluoreszenzbilder für verschiedene Teilchengrößen und Mehrfachdetektionen; Mitte: zugehörige gemessene Streulichtverteilungen in Vorwärtsrichtung (1 Quadrant, Laserstrahl im Zentrum der Kreisringe geblockt; Unten: simulierte Streulichtverteilungen.

Die aus seitlicher Richtung aufgenommenen Fluoreszenzbilder der strömenden Teilchen erlauben eine klare Unterscheidung zwischen Einzelteilchen (1. und 2. Spalte) und Mehrfachdetektionen (3. und 4. Spalte). Bei Mehrfachdetektionen werden zudem die Interferenzringe in der Vorwärtsstreuung von zusätzlichen Interferenzmustern überlagert, die von der relativen Position der Teilchen abhängen. Diese lassen sich mithilfe von Computersimulationen erklären, die mit der Methode gekoppelter Dipole (DDA) oder mit T-Matrix Methoden durchgeführt werden können.

Die optische Durchflusszytometrie ist ein weit verbreitetes Verfahren zur Analyse von Zellpopulationen in der Labormedizin. Dabei werden die Zellen einer entsprechenden Probe einzeln durch einen Laserstrahl geführt und anhand der Intensität des gestreuten Lichts oder der Fluoreszenz von Markern, die an bestimmte Zelltypen gebunden sind, erfasst und differenziert. Die Genauigkeit dieses Verfahrens ist vor allem durch das Auftreten von Koinzidenzen (zwei oder mehr Zellen passieren gleichzeitig den Laserstrahl) und von Zellagglomeraten begrenzt, da diese Objekte oft nicht von großen Zellen unterschieden werden können.

Im Forschungsprojekt "Bildgebende Durchflusszytometrie" werden Methoden entwickelt, mit denen von jeder Zelle beim Passieren des optischen Strahls mikroskopische Bilder aufgenommen werden. Damit werden für alle Zellen morphologische Informationen verfügbar. Abhängig von der Zellgröße, der räumlichen Auflösung und der erreichbaren Empfindlichkeit können sogar Fluoreszenzquellen innerhalb von Zellen lokalisiert werden. Außerdem wird die Richtcharakteristik des von den Partikeln gestreuten Lichts erfasst und theoretisch untersucht. Mit diesen Informationen soll die Genauigkeit bei der optischen Zellzählung erhöht werden. Dadurch können insbesondere seltene Zellen sicherer erfasst werden. Die Arbeiten sind von großer Bedeutung für die Entwicklung neuer Referenzverfahren in der Zellzählung.