Tumorentfernung ohne Krebsrückstände im umgebenden Gewebe
Nach der Operation im umliegenden Gewebe verbleibende Tumorreste führen zu einem erhöhten Progredienzrisiko und verringerten Chancen auf ein krebsfreies Leben. Doch saubere Schnittränder um Krebsherde zu schaffen, kann bei einer Operation eine große Herausforderung sein. Eine frühzeitige Feststellung und entsprechende chirurgische Eingriffe sind essenzielle Maßnahmen, um die Mortalitätsraten aufgrund von Krebserkrankungen und damit die Kostenlast für die Gesellschaft zu senken. Inwieweit das umgebende Gewebe von Krebs befallen ist, lässt sich nicht bildlich zeigen. Das ist in vielen Bereichen der Onkologie ein erhebliches Problem. Momentan wird üblicherweise der Schnittrand am entfernten Tumor untersucht, zunächst während der Operation und erneut nach der Prozedur. Diese Herangehensweise ist nicht nur arbeitsintensiv, sondern beinhaltet auch das Risiko, dass Krebsgewebe im Körper verbleibt oder die Krankheit sogar weiter verbreitet wird. Radikal neue Bildgebungstechnik in der Krebschirurgie Das Projekt IMAGINE (Widefield Raman imaging probe for intraoperative margin assessment of cancers) hat eine neue Plattformtechnologie entwickelt, mit der intraoperativ eine Bewertung des Schnittrands um den Tumor durchgeführt werden kann. „Wir haben den ersten Prototypen eines Weitwinkel-Raman-Spektrometers für den OP entwickelt und gebaut. Damit können wir jetzt Phantome (Gebilde aus Gewebe, die die optischen Eigenschaften von Geweben nachahmen) sowie menschliche Zellen/menschliches Gewebe abbilden“, so der Stipendiat einer Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahme (MSCA) Dr. Mads Bergholt, der die Forschung leitete. Raman-Spektroskopie ist eine einzigartige markierungsfreie optische Technik, die auf Basis der inelastischen Streuung von Licht eine „optische Biopsie“ des Gewebes auf Molekülebene liefert. Diese neue Visualisierungsmethode könnte die Selektivität bei der präzisen Identifikation von Tumorzellen steigern. Somit „könnten auch die Erfolge von chirurgischen Eingriffen verbessert sowie die Ausgaben für die Gesundheitsversorgung und die Belastung für den einzelnen Patienten reduziert werden“, erklärt Dr. Bergholt. Publikationen über optische Eigenschaften von Geweben Die Gruppe um Prof. Molly Stevens am Imperial College London (ICL) als Teil einer multinationalen und multidisziplinären Forschungsgemeinschaft war Zeuge der erfolgreichen Analyse von Krebszellen und -gewebe bei Schweinen und Mäusen. „Das (MSCA-)Stipendium hat direkt konkrete Ergebnisse in Form von Veröffentlichungen und Vorträgen auf Konferenzen ermöglicht, so etwa in Nature Communications, Science Advances, ACS Central Science oder Nature Partner Journals Regenerative Medicine,” zählt Dr. Bergholt auf. „Gerade finalisieren wir außerdem ein Manuskript zu meinen Forschungsarbeiten über optische Eigenschaften von Geweben und die Monte-Carlo-Simulation des Photonentransports im Gewebe“, fügt er hinzu. Auf Basis der Ergebnisse der Stevens-Gruppe hat Bergholt mehrere Seminare an verschiedenen Universitäten abgehalten, u. a. an der Syddansk Universitet in Dänemark, der Sheffield University und dem King’s College in London. „Zusätzlich habe ich meine Forschung bei der größten Biophotonikkonferenz (SPIE Photonic West 2017) vorgestellt, an der über 10 000 Wissenschaftler teilnahmen“, so Bergholt abschließend. Probleme gelöst, Ergebnisse geliefert Um das ursprüngliche optische Design zu vervollständigen, musste der Raman-Prototyp optimiert werden. IMAGINE hat einen neuen optischen Ansatz für die Bildgebung genutzt, der eine effizientere Ausleuchtung des Gewebes per Laser bietet, und somit dafür gesorgt, dass der Test in der Klinik durchführbar ist. Mit dem MSCA-Stipendium wurden signifikante Fortschritte erzielt, da das Design der Raman-Bildgebungsplattform neue Erkenntnisse über die Ausbreitung von Photonen in Gewebephantomen gebracht hat, die optische Eigenschaften von Gewebe und Krebszellen nachahmen. Das Stipendium hat damit den Weg für eine weitere Erforschung Raman-basierter Methoden zur Erkennung und Diagnose von Krebs frei gemacht. Raman-Spektroskopie stellt einen neuartigen biomolekularen Ansatz für die gezielte Bekämpfung von Krebs in vivo dar. Die zukünftige Wirkung der Forschung aus IMAGINE fasst Dr. Bergholt wie folgt zusammen: „Schlussendlich zielen wir darauf ab, diese Technologie direkt ins Patientenzimmer zu bringen.“ King‘s Prize Stipendiat „Ich habe seit Juli 2018 ein King‘s Prize Stipendium vom King’s College London. Von meinen Biologenkollegen in der Stevens-Gruppe konnte ich unschätzbare Fertigkeiten beim Züchten von Gewebekonstrukten sowie Fachwissen in biologischer Forschung erlernen“, so Dr. Bergholt im Rückblick auf seine Forschungsmöglichkeiten. Neben dem unbestrittenen Erfolg des Projekts IMAGINE hatte Dr. Bergholt durch das MSCA-Stipendium auch die einmalige Gelegenheit, Doktoranden mitzubetreuen. Diese Fähigkeiten werden ihm zugute kommen, wenn er sein unabhängiges Forschungsprogramm entwickelt.
Schlüsselbegriffe
IMAGINE, Krebs, MSCA, Raman-Bildgebung, Biophotonik, Schnittrand, umgebendes Gewebe