TissueSurgeon
Wie funktioniert das Produkt/das Service Angebot: Beim Lasermikrotom „TissueSurgeon“ wurde das in einem herkömmlichen Mikrotom schneidende mechanische Messer zur Präparation von dünnen Gewebeschnitten vollständig durch Laserlicht ersetzt. Benötigt wird ein Mikrotom vor allem in der Histologie zur Herstellung von mikrometerdünnen Gewebeschnitten von Gewebeproben und Biopsien, diese werden dann nach spezifischer Färbung vom Pathologen mikroskopisch auf Veränderungen untersucht. Um eine Gewebeprobe mit einem mechanischen Mikrotom zu schneiden, sind aufwendige Vorbehandlungen wie Fixierung, Dehydrierung und Einbettung in Paraffin oder Harz erforderlich. Das Schneiden mit dem Lasermikrotom erfolgt kontaktfrei und ermöglicht es, sogar Hartgewebe (z.B. Knochen, Zähne) ohne aufwendige vorherige Präparation zu schneiden. Der Anwender spart insbesondere bei der Herstellung von Schnitten von Hartgeweben oder Implantaten enorm an Zeit. Die Anzahl der Schnitte ist 4-5 x höher als mit der üblichen Dünnschlifftechnologie im gleichen Zeitraum erzielt werden kann. Auch der Materialverlust wird minimiert.
Der TissueSurgeon ermöglicht erstmals kontrolliertes mikrometergenaues 2D und 3D-Schneiden auch unterhalb der Gewebeoberfläche durch eine integrierte Bildgebung mittels optischer Kohärenz-Tomografie (OCT). Das macht den TissueSurgeon zu einem Vielzweckgerät, nicht nur dünne Gewebeschnitte, sondern auch definierte Proben für z.B. molekularbiologische Untersuchungen können präpariert werden. Neben biologischen Geweben kann ebenfalls eine Vielzahl an Materialien zur mikroskopischen Schadensanalyse oder Qualitätskontrolle in der Materialforschung geschnitten werden.
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Welches Kundenbedürfnis wird adressiert: Für große Histologielabore steht vor allem die Ersparnis an Ressourcen sowie die Minimierung des Materialverlustes beim Schneiden im Vordergrund. Für den Wissenschaftler ist darüber hinaus vor allem interessant, präzise definierte dreidimensionale Proben aus Geweben für biochemische Untersuchungen herauszuschneiden. Das ermöglicht die Untersuchung von Fragestellungen, die mit den bisher zur Verfügung stehenden Methoden gar nicht oder nur schwer gelöst werden können. So kann z.B. mit dem TissueSurgeon direkt an der Schnittstelle von Gewebe und Implantat Probenmaterial entnommen und analysiert werden, ob und warum es dort zu Entzündungsreaktionen kommt.
CellSurgeon
Wie funktioniert das Produkt/das Service Angebot: Mit dem Nanodissektions-System „CellSurgeon“ können kleinste Zellstrukturen beobachtet und Schnitte mit Nanometer-Genauigkeit in lebenden biologischen Zellen platziert werden. Im Unterschied zum TissueSurgeon, bei dem die Handhabung der bearbeiteten Proben mit mechanischen Werkzeugen wie einer Pinzette möglich ist, dringt der CellSurgeon in Dimensionen ein, in denen mechanisches Schneiden unmöglich ist.
Mit dem CellSurgeon kann eine Vielzahl an Bildgebungs-Verfahren kombiniert werden beginnend mit der Erfassung von hochaufgelösten Bildern in 3D bis hin zur Kombination mit Intravital- oder Streulicht-Mikroskopie. Anwendungen sind etwa das Studium der Nervenregeneration in der neurologische Forschung oder die Thromboseforschung, wo mit dem Laser in Tiermodellen kleine Blutgerinsel induziert und deren weitere Entwicklung dann online beobachtet wird. Die Anwendungen in der medizinischen, pharmazeutischen und biologischen Forschung sind extrem mannigfaltig.
Welches Kundenbedürfnis wird adressiert: Der Wissenschaftler erhält ein Lasersystem, das Bildgebung und ultrapräzise optische Manipulation in einem Gerät vereint. Der CellSurgeon bietet ein Handwerkszeug, mit dem er Fragestellungen erstmals angehen kann, die mit Mikroskopie oder biochemischen Verfahren allein nicht lösbar sind.
Welche Technologie liegt zu Grunde: Basis ist die Anwendung von ultrakurzen Laserpulsen für das Schneiden von biologischem Gewebe sowie die Kontrolle des Schneideprozesses mittels integrierter Bildgebung. Ultrakurze Laserpulse mit einer Dauer von weniger als 1 Pikosekunde (< 10-12 sec) sind als hochpräzises Werkzeug zum Schneiden von biologischem Gewebe bekannt und heute insbesondere in der Augenchirurgie angewandt.
Nahinfrarotes Laserlicht ist gut geeignet zur Bearbeitung von biologischem Material, da die meisten Gewebe bei dieser Wellenlänge das Licht nur in geringem Maße absorbieren. Somit kann das Laserlicht in das Gewebe eindringen, was Manipulation und Bildgebung im Inneren des Gewebes ermöglicht.
Für einen Schnitt fokussiert der Laserstrahl mittels eines Objektivs in die Gewebeprobe. Durch die extreme Intensität und Photonendichte im Innern des Fokus bewirkt der sogenannte optische Durchbruch eine Zerstörung des Gewebes mit Mikrometerpräzision ausschließlich innerhalb des Fokus, ohne thermische oder mechanische Schäden außerhalb des Fokusbereichs.
