Matthias Schürmann (Bielefeld), Sylvia Steinecker (Bielefeld), Thomas Bischof (Dresden), Caroline Berrou (Dresden; Hannover), Oliver Plettenburg (Hannover), Thomas Huser (Bielefeld), Holger Sudhoff (Bielefeld), Lars-Uwe Scholtz (Bielefeld), Oliver Bruns (Dresden), Ingo Todt (Bielefeld)
Recurrence after surgical extraction of middle ear cholesteatoma (MEC) is highly dependent on surgical techniques, specifically aggressiveness of the extraction. Clear visualization of residual MEC mass in the temporal bone would facilitate complete removal of the MEC mass. Regrowth from residual MEC mass is also associated with high level of inflammation/infection. Hence, removal of biofilm infected tissue is crucial in MEC surgery. The aim of this research endeavor is the construction of a prototype for a surgical microscope superimposing common microscopic image with newly developed contrasts based on infrared (IR) light.
To acquire these contrasts, two approaches are pursued. The first one utilize IR light (700 nm – 1675 nm) to image tissues relevant in MEC surgery (temporal bone, MEC (N=10), muscle, tendon, fat). These experiments were performed on fixed human samples as well as fresh animal tissue. The second scope of the project is the development of fluorescent IR probes, able to stain bacterial biofilms. These probes are based on drugs and dyes already established in clinical routine and tested on various strains (N=9) isolated during MEC surgery.
We were able to discriminate MEC from temporal bone, as well as tendon from muscle and fat using combinations of reflected IR light with different wavelength. It was also possible to demonstrate a distinct binding of our probes to the investigated strains.
We think, that the label free contrast between tissues based on IR light as well as fluorescent probes based in clinical approved substance will make the translation of our methods feasible in short period of time. This might help ENT surgeon to optimize their performance and prevent recurrence of MEC.
Das Wiederauftreten eines Mittelohr-Cholesteatoms (MOC) nach der Entfernung hängt von den chirurgischen Methoden und der Aggressivität der Extraktion ab. Eine Visualisierung der MOC-Masse im Schläfenbein würde seine vollständige Entfernung erleichtern. Das Nachwachsen der verbliebenen MOC-Masse ist in einem hohen Maß an Entzündung/Infektion gekoppelt. Daher ist die Entfernung des mit einem Biofilm infizierten Gewebes von entscheidender Bedeutung. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist der Bau eines Prototyps eines Operationsmikroskops, das herkömmliche mikroskopische Bilder mit neu entwickelten Kontrasten auf der Grundlage von Infrarotlicht (IR) überlagert.
Um diese Kontraste zu erhalten, werden zwei Ansätze verfolgt. Der erste nutzt IR-Licht (700 nm - 1675 nm), um Gewebe abzubilden, die für die MEC-Chirurgie relevant sind (Schläfenbein, MEC (N=10), Muskel, Sehne, Fett). Diese Experimente wurden an fixierten menschlichen Proben und frischem Tiergewebe durchgeführt. Der zweite nutzt fluoreszierende IR-Sonden, die bakterielle Biofilme anfärben können. Diese Sonden basieren auf in der klinischen Routine etablierten Medikamenten und Farbstoffen und wurden an verschiedenen Isolaten (N=9) aus der MEC-Operation getestet.
Mithilfe von Kombinationen aus verschiedenen Wellenlängen von reflektiertem IR-Licht konnten wir MEC/Schläfenbein sowie Sehnen/Muskeln/Fett unterscheiden. Eine eindeutige Bindung unserer Sonden an die untersuchten Stämme wurde nachgewiesen.
Wir denken, dass der markierungsfreie Kontrast zwischen Geweben auf der Basis von IR-Licht sowie von Fluoreszenzsonden auf der Basis von klinisch zugelassenen Substanzen die klinische Umsetzung unserer Methoden ermöglicht. Dies könnte HNO-Chirurgen helfen, ihre Arbeit zu optimieren und das Wiederauftreten von MEC zu verhindern.
Die Autorinnen/Autoren geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.