Mit Virtual Reality winzige Blutgefäße erkunden

Dr. Oleg Lobachev von der Universität Bayreuth betrachtet in einer Virtual-Reality-Brille eine dreidimensionale Darstellung von Milzgefäßen. (Foto: Christian Wißler)

Mit Virtual-Reality-Brillen aus der Welt der Computerspiele ist es jetzt möglich, virtuelle Erkundungsreisen durch ein komplexes Geflecht winziger Blutgefäße zu unternehmen. Die Basis dafür bildet ein neues Verfahren, das Forscher der Universitäten Bayreuth und Marburg entwickelt haben.

Die Forschergruppen um Prof. Dr. Michael Guthe und Dr. Oleg Lobachev in Bayreuth (Informatik) und Prof. Dr. Birte Steiniger in Marburg (Anatomie) haben 2017 ein Verfahren auf den Weg gebracht, mit dem sich hochauflösende 3D-Darstellungen kleinster Blutgefäße im Knochenmark oder in der Milz herstellen lassen. Auf diesem Verfahren baut eine neue Software auf, mit der die Bilder von Gewebeschnitten in tausendfacher Vergrößerung zu 3D-Modellen zusammengesetzt werden können. Virtual-Reality-Brillen, wie sie in zahlreichen Computerspielen zum Einsatz kommen, nehmen den Betrachter mit auf eine Reise durch Netzwerke von Gefäßen, die oftmals nur einen Durchmesser von wenigen Tausendstel Millimetern haben. Dadurch lassen sich die Blutgefäße weitaus genauer untersuchen als bisher. Gleichzeitig lassen sich die Bilder der Gewebeschnitte in die daraus erzeugten vergrößerten Modelle eingeblendet werden. Dadurch werden Vergleiche möglich, die der fortlaufenden Qualitätskontrolle der Modelle dienen. Vor allem für die medizinische Grundlagenforschung ist diese Virtual-Reality-Technologie aufschlussreich. Um sie auch in der Diagnostik einzusetzen, sind noch schnellere Rechner als bisher erforderlich. Denn für das Verfahren müssen in kurzer Zeit sehr große Datenmengen verarbeitet werden.

Neue Erkenntnisse

Die Forscher haben das neue Visualisierungsverfahren bereits eingesetzt, um die Struktur und den Verlauf winziger Gefäße – der sogenannten Kapillaren – innerhalb der Milz des Menschen aufzuklären. Grundlegend ist dabei die Gliederung der Milz in zwei Bereiche, die weiße und die rote Pulpa, die unterschiedliche Funktionen erfüllen. Die weiße Pulpa enthält vor allem zwei verschiedene Arten weißer Blutkörperchen, die B- und T-Lymphozyten. Hier kommen nur sehr wenige Kapillaren vor. An der Oberfläche der weißen Pulpa – insbesondere an der Oberfläche von B-Lymphozyten-Ansammlungen, die man als Follikel bezeichnet – liegt dagegen ein dichtes Netzwerk von Kapillaren. Sie werden überwiegend aus einem gröber strukturierten Kapillarnetz der umgebenden roten Pulpa versorgt.

An der Oberfläche der Follikel und in der roten Pulpa haben zahlreiche Kapillaren offene Enden. „Damit lassen unsere 3D-Modelle klar erkennen, wie die Milz in den Blutkreislauf des Menschen eingebunden ist. Aus den offenen Kapillarenden in der roten Milzpulpa fließt das Blut offensichtlich ohne Gefäße weiter, bevor es wieder in das Venensystem eintritt. Hier kommt es direkt mit Freßzellen (Makrophagen) in Kontakt, die das Blut von schädlichen Fremdkörpern und überalterten roten Blutkörperchen befreien“, sagt Dr. Oleg Lobachev. Ein  Video einer virtuellen Reise durch ein Netzwerk von Blutgefäßen steht online zur Verfügung.