DE19919539C5 - Verfahren zur Messung der Aktivität einer biologisch wirksamen Substanz in einem histologischen Präparat - Google Patents

Verfahren zur Messung der Aktivität einer biologisch wirksamen Substanz in einem histologischen Präparat Download PDF

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Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung und bildlichen Darstellung der Aktivität einer biologisch wirksamen Substanz, insbesondere eines Enzyms, in einem histologischen Präparat, vorgeschlagen. Hierzu wird das Präparat (3) mit Reagentien behandelt, welche durch Aktivität der Substanz zumindest eine optische Eigenschaft des Präparats ändern, und das so vorbehandelte Präparat wird vor einer Bildaufnahmevorrichtung (1, 5) angeordnet. Anschließend werden nacheinander mehrere Bilder von dem Präparat aufgenommen. Sodann wird mit Hilfe eines Computers (11) die zeitliche Änderung der optischen Eigenschaft in zumindest einem ausgewählten Bildbereich (Ba) durch Vergleich der nacheinander aufgenommenen Bilder (B) ermittelt und dann die Konzentration der Substanz in dem ausgewählten Bildbereich (Ba) aus der zeitlichen Änderung der optischen Eigenschaft in dem ausgewählten Bildbereich ermittelt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Aktivität einer biologisch wirksamen Substanz, wie etwa eines Enzyms oder eines Enzymsubstrats in einem histologischen Präparat, insbesondere zur Stoffwechsel- oder/und Tumordiagnostik.
  • Aus der DE 195 27 160 C1 ist ein Verfahren zur Messung der Konzentration eines Enzyms bekannt, bei dem man die Konzentration eines durch Umsetzung des Enzyms mit einer Substratlösung enzymatisch gebildeten Farbstoffs in einer Meßlösung photometrisch bestimmt.
  • Aus der DE 36 14 470 A1 ist es bekannt, die Enzymkonzentration über eine Änderung der optischen Dichte quantitativ zu bestimmen.
  • Aus der DE 196 40 121 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung einer sich zeitabhängig ändernden Meßgröße bekannt, wobei der Maximalwert in einem Bereich mit linearem Reaktionsverlauf ermittelt wird und der Zeitpunkt sowie die Größe des Reaktionszeitfensters mit dem linearen Bereich variabel ist und von der Art, der Reaktion und den Reaktionsbedingungen abhängig ist.
  • Bei diesen bekannten Verfahren wird die Konzentration der zu messenden Substanz in der Lösung gemessen und sie gestatten keine unmittelbare Messung an einem Gewebepräparat selbst.
  • Übliche Praxis ist es, histologische Schnittpräparate mit einem für eine bestimmte Enzymreaktion spezifischen Farbstoff zu färben, sodaß unter dem Mikroskop Bereiche unterschiedlicher Farbintensität zu erkennen sind. Analysen in bezug auf eine Enzymverteilung oder gar Enzymkonzentration in den verschiedenen Bereichen des Schnittpräparats sind nicht möglich.
  • Aus Lojda et al, 1965, Folia Morphol. 13: 84 ist es bekannt, Dehydrogenasen in histologischen Strukturen qualitativ ortsaufgelöst darzustellen. Ferner bekannt ist es, daß die maximale angenähert lineare Reaktionsgeschwindigkeit des Umsatzes (V-max) für ein Enzym unter definierten Bedingungen, wie Temperatur, pH-Wert Ionenkonzentration, spezifisch ist, und diesen V-max-Wert zur Quantifizierung des Enzymumsatzes zu verwenden.
  • Die DE 44 11 661 A1 zeigt schließlich ein videotechnisches Analyseverfahren zur gleichzeitigen quantitativen hydrogeologischen Ermittlung einer Vielzahl von chemischen Parametern eines flüssigen oder gasförmigen Mediums, wie etwa Grundwasser, in matrixartigen Reagentienfeldern anhand von Farbintensitäten.
  • Die DE 197 09 348 A1 zeigt ein Verfahren zur bildlichen Darstellung der Verteilung verschiedener Molekülgruppen in einem Gewebe zum Erhalt von Korrelationen zwischen den Konzentrationen der jeweils untersuchten Molekülgruppen. Hierzu werden nacheinander die jeweiligen Konzentrationen der interessierenden Moleküle jeweils durch einmalige Messung bestimmt, etwa für bestimmte Antikörper spezifische Fluroeszenzsignale, und die so ermittelten Konzentrationen werden dann miteinander verglichen.
  • Aus Chikamori et al., "Succinate dehydrogenase (SDH) activity in single Paramecium cells", Acta histochem 100, 25–36 (1998), ist ein Verfahren zur Messung der SDH-Aktivität in einzelnen Paramecium-Zellen bekannt, das die Schritte des Oberbegriffs von Anspruch 1 aufweist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren anzugeben, das eine präzise Referenzierung auch dann ermöglicht, wenn das Bild keine gewebefreien Bereiche zeigt.
  • Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zur Messung der Aktivität einer biologisch wirksamen Substanz in einem histologischen Präparat nach Anspruch 1 vorgeschlagen.
  • Hierbei wird das Präparat – etwa ein histologisches Schnittpräparat oder eine Gewebeprobe – mitsamt den Reagentien, welche aufgrund der Aktivität der zu messenden Substanz die jeweilige optische Eigenschaft des Präparats ändern, vor der Bildaufnahmevorrichtung angeordnet. Die zu messende Substanz bewirkt eine Änderung der optischen Eigenschaft in jenem Bereich des Präparats, in dem die zu messende Substanz vorhanden ist. Nimmt man dann nacheinander mehrere Bilder des Präparats auf, erkennt man eine Änderung der optischen Eigenschaft in dem Bereich des Präparats über die Zeit. Die Änderungsgeschwindigkeit, insbesondere die maximale Änderungsgeschwindigkeit der optischen Eigenschaft steht in einem vorbekannten proportionalen Verhältnis zur Konzentration der Substanz. Man erhält somit aus der zeitlichen Änderung ein Maß für die Substanzkonzentration, und zwar in Zuordnung zum jeweils gewählten Bildbereich des Präparats, zur Unterscheidung zwischen solchen Bildbereichen, in denen die Substanz aktiv ist, und solchen, in denen sie nicht oder im abweichenden Maße aktiv ist. Man erhält somit eine bildliche Darstellung von Substanzkonzentrationen.
  • Der Referenzwert wird in einem Bereich des Präparats aufgenommen, in dem keine Aktivitätsmessung der zu messenden Substanz erfolgen soll, wobei dieser Referenzwert mit Bilddaten des zumindest einen ausgewählten Bildbereichs verrechnet, insbesondere davon abgezogen wird.
  • Eine besonders genaue Messung der Substanzkonzentration ist möglich, wenn die Konzentration der Substanz aus der stärksten zeitlichen Änderung der optischen Eigenschaft in dem ausgewählten Bildbereich ermittelt wird, und wenn die Konzentration der Substanz in einem Bereich angenähert linearer zeitlicher Änderung der optischen Eigenschaft, insbesondere die Extinktionsänderung, in dem ausgewählten Bildbereich ermittelt wird.
  • Die optische Eigenschaft kann die Helligkeit oder/und, die Farbe oder/und die Farbintensität oder/und die Zunahme einer Farbstoffkonzentration oder/und die Fluoreszenz des Präparats beinhalten.
  • Zur Entfernung von Störkomponenten kann man vor dem Aufnehmen der mehreren Bilder von dem Präparat zumindest ein Referenzbild aufnehmen. Dann kann man auf die optische Eigenschäft bezogene Datenwerte des Referenzbilds mit auf die optische Eigenschaft bezogenen Datenwerten der nacheinander aufgenommenen Bilder verrechnen, insbesondere hiervon subtrahieren. Sodann kann die Änderung der optischen Eigenschaft des gewählten Bildbereichs durch Vergleich der entstörten, nacheinander aufgenommenen Bilder ermittelt werden.
  • Hierbei kann das Referenzbild zur Nullwertfestlegung herangezogen werden, und zur Bestimmung der Konzentration der Substanz nicht deren Absolutwert, sondern die Differenz der optischen Eigenschaft zwischen dem Referenzbild und den späteren Bildern zur Bestimmung der Aktivität der zu messenden Substanz herangezogen werden.
  • Hierbei kann das Referenzbild denselben Bildausschnitt des Präparats wieder geben wie die späteren Meßbilder, wobei das Referenzbild bevorzugt das erste Bild der nacheinander aufgenommenen Bilder ist.
  • Die biologisch aktive Substanz kann Enzymsubstrat oder ein Enzym sein, dessen Aktivität anhand der zeitlichen Konzentrationsänderung des zugeordneten Enzymsubstrats oder des zugeordneten Enzymprodukts gemessen wird.
  • Zur Messung von Enzymaktivitäten hat es sich bewährt, wenn über 5 bis 30 Minuten, insgesondere 15 Minuten hinweg, nacheinander Einzelbilder mit einem gleichmäßigen Abstand von 5 Sekunden bis 2 Minuten, insbesondere 1 Minute, aufgenommen werden.
  • Bevorzugt wird mit der Bildaufnahmevorrichtung im Durchlicht die Extinktionsänderung im histologischen Schnittpräparat gemessen, wobei die Kalibrierung mit Filtern, insbesondere Grauwertfiltern, erfolgen kann.
  • Als Bildaufnahmevorrichtung kann eine Fotokamera, eine Filmkamera oder, besonders bevorzugt, eine Videokamera verwendet werden, wobei die Änderung der optischen Eigenschaft im ausgewählten Bildbereich pixelweise aufge löst gemessen und ausgewertet wird.
  • Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die beigefügte Zeichnung erläutert.
  • 1 zeigt ein Schema einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens;
  • 2 zeigt ein Zeitdiagramm einer typischen Enzym-Enzymsubstrat-Reaktion;
  • 3 zeigt ein Meßbeispiel mit Angabe von Grauwerten; und
  • 4 zeigt das Meßbeispiel von 3 nach Umrechnung der Grauwerte in Extinktionswerte.
  • 1 zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ein Mikroskop 1, hier ein Durchlichtmikroskop, zur Betrachtung eines zu untersuchenden Präparats 3 ist mit einer Farb- oder Schwarzweiß-Videokamera 5 zur Aufnahme eines Bilds von dem Präparat 3 ausgestattet. Das Mikroskop 1 und die Kamera 5 bilden eine Bildaufnahmevorrichtung, die in einer hier auf ±0,5°C klimatisierten Klima- und Verdunklungskammer 7 angeordnet ist. Die Kamera 5 ist über einen Videorecorder 9 mit einem Computer 11 verbunden, in dem die von der Kamera 1 oder dem Videorecorder 9 gelieferten Bilder rechnerisch ausgewertet werden können.
  • Die Klimakammer 7 wird von einem externen Klimagerät 13 klimatisiert, welches von einem Kyrostatwasserbad 15 mit Kühlwasser versorgt wird. Sowohl das Klimagerät 13 als auch die Beleuchtung des Mikroskops 1 werden mit einem Netzteil 17 mit Strom, hier Gleichstrom, versorgt. Die Videokamera 5 ist mit einem außerhalb der Klimakammer 7 angeordneten Steuernetzteil 19 verbunden. Der Videorecorder 9 ist an einen Videomonitor 21 angeschlossen, und der Computer 11 an einen Computermonitor 23.
  • Zur Überwachung konstanter Versuchsbedingungen ist nahe dem Präparat 3 ein Temperaturfühler 25 angeordnet, dessen Ausgang über ein Temperaturmeßgerät 27 an einen Kanal eines Zweikanal-Spannung-Zeit-Schreibers 29 angeschlossen ist. Der andere Kanal des Schreibers 29 erhält ein Signal von einer Lux-Meßsonde 31, die auf einem Randbereich des Bildschirms des Computermonitors 23 fixiert ist, um eventuelle Grundhelligkeitsschwankungen des gesamten Aufnahmesystems aus Mikroskopbeleuchtung, Kamera 5, Computer 11, etwa durch Netzspannungsschwankungen, zu überwachen.
  • Zur Messung der Aktivität einer Substanz in dem histologischen Präparat 3 wird das Präparat 3 mit Reagentien, insbesondere Farbstoffen, behandelt, welche eine optische Eigenschaft, wie etwa die Farbintensität des Präparats, durch Aktivität der zu messenden Substanz, ändern, um letztlich eine Extinktionsänderung in dem Präparat zu bewirken. Das so behandelte Präparat wird unter das Objektiv des Mikroskops 1 gebracht. Mittels der Videokamera 5 werden ausgewählte Bildbereiche Ba (in 1 auf dem Compurtermonitor 23 dargestellt) der Schnitte bei definierten Lichtintensitäten und konstanter Temperatur aufgenommen. Über einen Zeitverlauf von hier ca. 15 Minuten wird jede Minute ein Bild B aufgenommen. Die resultierenden Bilddaten werden über eine Bilderfassungskarte (AD-Wandler) dem Computer 11 übermittelt und dort mit einem Bildverarbeitungsprogramm verrechnet.
  • Die Meßreihe ergibt in den jeweiligen Pixeln oder den ausgewählten Bildbereidien Ba, in denen die Substanz gemessen werden soll, aufgrund der Aktivität der zu messenden Substanz eine zeitliche Änderung der jeweiligen optischen Eigenschaft, etwa eine als Extinktion meßbare zunehmend intensive Färbung. Die Geschwindigkeit, insbesondere die maximale Geschwindigkeit, der Zunahme wird als Maß für die Substanzaktivität herangezogen.
  • Zur Verbesserung der Störunempfindlichkeit der Bildauswertung können die Daten der einzelnen Pixel des ersten Bildes als Referenzbild Bref der Bildserie als Nullwerte von denen der nachfolgend aufgenommenen Bilder abgezogen werden. Dann wählt man einen Bereich im histologischen Schnitt, der nicht gemessen werden soll oder/und der keinerlei Gewebesubstanz aufweist (nichtausgewählter Bereich Bna) aus und ermittelt dort einen Leerwert. Auch dieser Leerwert wird von den Daten der Pixel der jeweiligen Bilder abgezogen. Dieser zweistufige Nullwert- und Leerwertabzug führt zu Bildern B ohne die durch Licht erzeugte unspezifische Färbung des Farbstoffs, wobei gleichzeitig Veränderungen im System, z. B. Lichtschwankungen durch Spannungsschwankungen im Versorgungsnetz, ausgeglichen werden. Durch diese doppelte Nullwert- bzw. Leerwertsubtraktion können die Bilder rechnerisch geglättet werden, d. h. von Rauschen befreit werden. Man erhält Bildinformationen, die einzig die Änderung der optischen Eigenschaft über die Zeit angeben.
  • Die Kalibrierung der Aufnahmevorrichtung kann mittels geeichter Graufilter erfolgen. Die Umrechnung der gemessenen Extinktion in Substanzkonzentration erfolgt in bekannter Weise nach dem Lambert-Beerschen Gesetz.
  • Was Enzyme betrifft, so ist die Umsatzrate eines Substrats durch ein Enzym bei hohem Substratüberschuß hauptsächlich von der Konzentration dieses Enzyms abhängig, bis es zu einem Mangel an Substrat oder einer Hemmung durch das Produkt kommt und die Umsatzgeschwindigkeit sinkt. Zu Beginn des Versuchs benötigt ein Enzymmolekül eine gewisse Zeit zur Aufnahme des Substrats, zur Umsetzung sowie zur Freigabe des Produkts, bis es zur maximalen Umsatzgeschwindigkeit kommt. Wenn hierbei die Produktkonzentration ansteigt, wird die Abgabe des Produkts erschwert und die Umsatzrate nimmt ab. Die maximale Reaktionsgeschwindigkeit des Umsatzes (V-max) ist jedoch für ein Enzym bei definierten Bedingungen, wie Temperatur, pH-Wert, Ionenkonrentration, spezifisch. Die Messung der Enzymaktivitäten unter V-max-Bedingungen über die Zeit gestattet eine Quantifizierung der Enzymaktivität. Der allgemeine Verlauf einer solchen Enzymkinetik ist schematisch in 2 dargestellt.
  • Nach dem Lambert-Beerschen Gesetz entspricht die Extinktion E dem Logarithmus aus dem Verhältnis der Intensität Io des eingestrahlten Lichts zur Intensität I des des durchgelassenen Lichts. Gleichzeitig entspricht sie einer Stoffkonzentration c bei konstanter durchstrahlter Schichtdicke s in Abhängigkeit einer stoffspezitischen Konstante.
    Figure 00060001
  • Übertragen auf die oben erwähnten V-max-Bedingungen bedeutet dies, daß man durch den oben beschriebenen Nullwert- bzw. Leerwertabzug eine Ausgangsintensität Io' bestimmen kann. Um nun zu erkennen, welcher gemessene Wert. z. B. einer Extinktion von 0,1 entspricht, wird das System, d. h. die Kombination aus Kamera, Mikroskop in der jeweils gewählten Vergrößerungseinstellung, AD-Wandler und Bildverarbeitungsprogramm, mit Graufiltern bekannter Extinktion kalibriert, so daß man bei ansonsten konstanten Bedingungen die ermtittelten Grauwertänderungen einer Extinktionsänderung zuordnen kann. Dabei wird die Ausgangsintensität Io' als maximal mögliche Aufspreitung der Kameraempfindlichkeit gesetzt (bei 8 Bit 256 Weile) und die Abnahme x dieses Werts über die Zeit in jedem Pixel des Bilds ermittelt (I = Io – x). Setzt man diese Werte in die obige Gleichung ein, erhält man eine System-"Extinktionsänderung" (ΔE'), gemäß
    Figure 00070001
    die mit dem durch die Kalibrierung des Systems ermittelten Korrekturfaktor k in Bezichung zur tatsächlichen Extinktionsänderung (ΔE) pro Minute steht. ΔE/min = ΔE'/min·k 3)
  • Mit Hilfe dieses Verfahrens ist es möglich, in jedem Pixel des Bilds die Zunahme der Farbstoffkonzentration darzustellen.
  • Überträgt man die Verhältnisse bei den oben stehenden Enzymkinetiken auf dieses Modell, so zeigt sich, daß die Farbstoffzunahme unter V-max-Bedingungen proportional zur Enzymkonzentration im gewählten Bereich des histologischen Schnitts ist. Stellt man von dem gewählten Gewebsbereich diesen Anstieg über die Zeit dar, so ist er etwa in den ersten 15 bis 20 Minuten linear, bevor er dann durch Substratmnangel oder Produktüberschuß geringer wird. Der Anstieg der Färbung in diesen ersten 15 bis 20 Minuten kann also als V-max angesehen werden. Die 3 und 4 zeigen die relative Grauwertänderung und die daraus berechnete Extinktionsänderung von vier Meßreihen mit zugeordneten Regressionsgeraden im Bereich von Vmax, die an vier Gewebsbereichen eines Präparats gleichzeitig gemessen wurden.
  • Mit Hilfe dieses Verfahrens ist es also möglich, in jedem Pixel der Bildserie die Aktivität verschiedener Enzyme ortsaufgelöst quantitativ darzustellen. Da die Aktivität der Enzyme eine Funktion ihrer Konzentration ist, läßt sich die Enzymmenge in jedem Pixel oder im gewählten Bildbereich Ba über den zugeordneten Substrat- oder, Produktumsatz messen. Die Bildinformation kann bis auf zelluläre und subzelluläre Ebene aufgelöst werden, wobei z, B. die Messung der Aktivitäten von Enzymen in einzelnen Mitrochondrien möglich ist.
  • Kurz gesagt, wird zum quantitativen Nachweis enzymatischer Aktivität die Extinktion indirekt gemäß Gleichung 3) ermittelt. Die Grauwertänderung oder Absorptionsänderung in einem Pixel oder dem ausgewählten Bereich Ba wird über die Zeit gemessen. Die Ergebnisse dieser Messung werden in eine Systemextinktion E' umgerechnet. Der Korrekturfaktor k wird durch die Eichung des Systems mit Graufiltern ermittelt. Die Menge des jeweiligen Enzyms bzw. Substrats wird durch die Änderung der Extinktion über die Zeit gemäß dem Lambert-Beerschen Gesetz ermittelt.
  • Beispiel
  • Zur Messung der Dehydrogenase-Aktivität wurden Nematoden der Art Caenorhabditis elegans zu verschiedenen Bedingungen in Gewebeeinbettungsmittel inkubiert und tiefgefroren und im Kyrostaten auf eine Dicke von 7 μm geshnitten und auf mit Polylysin behandelte Objektträger aufgebracht. Die Gewebsschnitte wurden angetaut, 10 bis 15 Minuten getrocknet und entweder sofort weiterverwendet oder zum späteren Gebrauch bei –70°C tiefgefroren. Vor dem Einbringen in die Meßvorrichtung wurden die Schnitte mit dem Handrücken aufgetaut und vorsichtig mit einer Inkubationslösung überschichtet. Diese Inkubationslösung enthielt Substrat im Überschuß, Tetrazoliumfarbstoff, Phenazinmethosulfat (PMS), Cyanid zur Blockierung der Atmungskette sowie Tris-HCl-Puffer zum Konstanthalten des pH-Werts von 7,4. Nach dem Auflegen eines Deckglases wurden die Objektträger mit den Gewebsschnitten in die Klimakammer 7 unter das Mikroskop 1 gelegt und dort die interessierenden Gewebsbereiche eingestellt. Die Temperatur betrug konstant 25°C bei ±0,5°C. Der Verlauf der Reaktion wurde 20 Minuten mit der Videokamera 5 auf den Recorder 9 aufgezeichnet und entweder sofort zur on-line-Messung oder als Aufnahme später im Computer 11 ausgewertet. Mit einem Makro des Bildverarbeitungsprogramms Optimas 6.1 wurde ein Referenzbild zum Zeitpunkt t0 aufgenommen und dieses von den weiteren Bildern, die in Minutenabständen aufgenommen wurden, abgezogen. Fünf ausgewählte geometrische Bereiche Ba der Bilder wurden vermessen und deren Daten eingespeichert. Der erste dieser Bereiche Bna ergab den Leerwert, und die anderen vier Bereiche Ba dienten als Meßbereiche. Mit Hilfe eines Makros von Excel 7.0 wurden die Mittelwerte der Grauwerte errechnet und graphisch dargestellt (3) und anschließend in Extinktionswerte E' umgerechnet. (4).
  • Insbesondere anwendbar ist das Verfahren auch zur Quantifizierung von Stoffwechselenzymen wie SDH (Succinat-Dehydrogenase), MDH (Malat-Dehydrogenase) und LDH (Lactat-Dehydrogenase). Weitere NAD-abhängige Stoffwechselenzyme sind ebenfalls meßbar. Mit diesem Verfahren lassen sich alle Enzyme quantifizieren, für die eine spezifische Färbemethode zur Verfügung steht, wie etwa die saure Phosphatase, Cytochromoxidase und verschiedene Proteasen.
  • Ferner nachweisbar ist auch die β-Galactosidase über die lacZ → β-Galactosidase → Xgal-Reaktion. Das lac-Z Gen codiert in E. coli für das Enzym β-Galactosidase, das Lactose in Glucose und Galactose hydrolysiert, und wird in der Gentechnik als Selektionsmarker und Reportergen verwendet. Die einzubringende genetische Substanz kann neben speziellen Wirkungsgenen auch das lac-Z-Gen enthalten. Wenn die β-Galactosidase expremiert wird, so ist die Sequenz im Genom des Wirtes aufgenommen worden. Nachgewiesen wird das Vorhandensein der β-Galactosidase mit einem Sitbstratanalogon Xgal (5-Brom-4-chlor-3-indolyl-β-D-galactosid), das in β-Galactose und ein blaues Chromophor hydrolysiert wird, das im Präparat eine Färbungsänderung verursacht. Aus der Geschwindigkeit der Pärbungsänderung läßt sich die Konzentration der β-Galactosidase und somit die Stärke der Expression der eingebrachten Sequenz ablesen.
  • Außer der Extinktion kommt als Meßgröße die Anderung der Fluoreszenzeigenschaften der Substratumsetzung in Frage. Geeignete Farbstoffe sind z. B. Methyl-Umbellipheryl-Substrate. Hierfür ist eine besonders empfind1iche Kamera zu verwenden.
  • Die Änderung der Extinktion kann, wie oben beschrieben, mit künstlich zugeführten Farbstoffen ermittelt werden, wobei aber auch in der Zelle vorhandene native Stoffe zur Messung der Enzymaktivitäten herangezogen werden können. In Frage kommen NAD (Nikotinamid-adenin-dinucleotid) oder FAD (Flavin-adenin-dinucleotid) und deren Derivate. Die hohe Empfindlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens kommt bei dieser Variante besonders zur Geltung. Zu verwenden ist hier allerdings eine besonders empfindliche Kamera und UV-Licht.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich auch Hemmstoffe von Enzymen unter nahezu vitalen Bedingungen prüfen, ohne daß aufwendige Tierversuche nötig wären. Insbesondere anwendbar ist das Verfahren in der Tumordiagnostik, insbesondere bei der Quantifizierung von Stoff wechselenzymen wie SDH und LDH in Tumorgeweben.

Claims (12)

  1. Verfahren zur Messung der Aktivität und der Konzentration einer biologisch wirksamen Substanz in einem histologischen Gewebeschnitt-Präparat (3) mit folgenden Schritten: – Anordnen des Präparats (3) mit Reagentien, welche in Abhängigkeit von der Aktivität der Substanz zumindest eine optische Eigenschaft des Präparats mit über die Zeit veränderlicher Geschwindigkeit ändern, vor einer Bildaufnahmevorrichtung (1, 5); – nacheinander Aufnehmen mehrerer Bilder (B) von dem Präparat; – Ermitteln jeweiliger maximaler zeitlicher Änderungsgeschwindigkeiten (Vmax) der optischen Eigenschaft in ausgewählte Gewebeabschnitte des Präparats darstellenden Bildbereichen (Ba) durch Vergleichen der nacheinander aufgenommenen Bilder (B); – Heranziehen der jeweiligen maximalen Änderungsgeschwindigkeiten (Vmax) der optischen Eigenschaft in den ausgewählten Bildbereichen (Ba) als Maß für die jeweiligen Aktivitäten der Substanz in den ausgewählten Bildbereichen (Ba); und – Ermitteln der jeweiligen Konzentrationen der Substanz in den jeweiligen Bildbereichen (Ba) auf der Basis der jeweils herangezogenen Aktivitäten, wobei während der Messung die Temperatur oder/und der pH-Wert oder/und die Ionenkonzentration in dem Präparat (3) oder/und die Intensität der Beleuchtung konstant gehalten werden, dadurch gekennzeichnet, dass zur Referenzierung der Aktivitätsmessung in einem Bereich (Bna) des histologischen Schnitts, in dem keine Aktivitätsmessung erfolgen soll, ein Referenzwert (Bna) aufgenommen wird und dieser Referenzwert (Bna) mit Bilddaten des ausgewählten Bildbereichs (Ba) verrechnet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der Substanz in einem Bereich angenähert linearer zeitlicher Änderung der optischen Eigenschaft in dem ausgewählten Bildbereich (Ba) ermittelt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Eigenschaft die Helligkeit oder/und die Farbe oder/und die Farbintensität oder/und die Zunahme einer Farbstoffkonzentration oder/und die Fluoreszenz des Präparats (3) beinhaltet.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß – vor dem Aufnehmen der mehreren Bilder (B) von dem Präparat (3) zumindest ein Referenzbild (Bref) aufgenommen wird, – auf die optische Eigenschaft bezogene Datenwerte des Referenzbilds (Bref) mit auf die optische Eigenschäft bezogenen Datenwerten der nacheinander aufgenommenen Bilder (B) verrechnet werden, insbesondere hiervon subtrahiert wer den, um ein entstörtes Bild (B) zu erhalten, und – die Änderung der optischen Eigenschaft des ausgewählten Bildbereichs (Ba) durch Vergleich der entstörten nacheinander aufgenommenen Bilder (B) ermittelt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Referenzbild (Bref) den gleichen Bildausschnitt des Präparats (3) zeigt wie die nacheinander aufgenommenen Bilder (B).
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzwert (Bna) von den Bilddaten des ausgewählten Bildbereichs (Ba) abgezogen wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die biologisch aktive Substanz ein Enzymsubstrat oder ein Enzym ist, dessen Aktivität anhand der zeitlichen Konzentrationsänderung des, zugeordneten Enzymsubstrats oder des zugeordneten Enzymprodukts gemessen wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der Dehydrogenaseaktivität das Präparat mit einer Inkubationslösung behandelt wird, die zumindest Substrat im Überschuß, Tetrazoliumfarbstoff, Phenazinmethosulfat (PMS), Cyanid zum Blockieren der Atmungskette sowie Tris-NCl-Puffer zum Konstanthalten des pH-Werts enthält.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über 5–30 Minuten, insbesondere 15 Minuten hinweg nacheinänder Einzelbilder mit einem Abstand von 5 sec bis 2 Minuten, insbesondere 1 Minute, aufgenommen werden.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Bildaufnahmevorrichtung (1, 5) die Extinktionsänderung im ausgewählten Bildbereich (Ba) gemessen wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Messung die Meßanordnung mit geeichten Filtern, insbesondere Graufiltern, kalibriert wird.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der optischen Eigenschaft im ausgewählten Bildbereich (Ba) pixelweise aufgelöst gemessen und ausgewertet wird.
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