Neuer Lasertomograph zur nichtinvasiven Früherkennung von Krebs und Augenerkrankungen
Laut Eurostat sterben Jahr für Jahr rund 1,3 Millionen Europäerinnen und Europäer an Krebs. Außerdem ist zu erwarten, dass eine von 30 Personen in Europa einen Verlust der Sehkraft erleiden wird. Beides hat offensichtlich einen erheblichen Einfluss auf die Gesundheit der Betroffenen, stellt aber auch eine große Belastung für die europäische Gesundheitsinfrastruktur dar. Als bisher weltweit einziges Unternehmen hat das deutsche Hightech-Unternehmen www.jenlab.de (JenLab) im Rahmen des EU-geförderten Projekts LASER-HISTO ein nichtinvasives Diagnosegerät auf Basis von Femtosekunden-Laserstrahlung hergestellt und erprobt, das virtuelle Haut- und Augenbiopsien ermöglicht. Sofortige Früherkennung Das LASER-HISTO-Gerät, ein neuartiger Tomographentyp, erzeugt ultrahochauflösende Bilder von Zellen innerhalb der Haut und der Hornhaut. Realisiert wird das durch schnelle optische Schnittdarstellungen auf Basis der Nah-Infrarot-Femtosekundenlasertechnik. Gemäß diesem Ansatz dienen zwei niederenergetische Photonen dazu, die Fluoreszenz tief im Gewebe anzuregen, anstelle, was typischer wäre, ein hochenergetisches Photon aus lang gepulsten Lasern einzusetzen, was in weniger stark eindringendem Licht resultiert. Bei klinischen Tomographen kommen 80 Millionen extrem kurze Laserpulse pro Sekunde mit einer durchschnittlichen Leistung von 20 Milliwatt und einer Strahlverweilzeit von Mikrosekunden pro Gewebevoxel zur Anwendung. Berechnungen zufolge ist das Potenzial für DNA-Schäden ähnlich hoch wie bei einer 15-minütigen Exposition gegenüber dem UV-Licht der Sonne. Da diese Tomographen hochauflösende Autofluoreszenzmikroskopie, Raman-Mikroskopie, Fluoreszens-Lebensdauer-Mikroskopie (FLIM) und Frequenzverdopplungsmikroskopie ermöglichen, müssen den Patienten keine Gewebeschnitte mehr entnommen und angefärbt werden, wodurch Schmerzen und Narben wegfallen und sich die Wartezeiten verkürzen. Neben der Realisierung von dreidimensionalen morphologischen Daten mit einer Auflösung im Submikrometerbereich liefert die Bildgebung außerdem Informationen über den Stoffwechsel und chemische Substanzen innerhalb des Gewebes, die den Medizinern als wichtige Anhaltspunkte zur Feststellung von Krankheiten noch vor deren Sichtbarkeit dienen. Ein weiteres Schlüsselmerkmal der Technologie ist, dass sie unter Einsatz endogener Biomarker jedes Gewebe abbildet, ohne dass ein extern applizierter Marker notwendig ist. Dieser Ansatz greift auf die Tatsache zurück, dass unsere Zellen schwache Lichtsignale liefern, wenn sie Femtosekunden-Laserlicht im Nahinfrarotbereich ausgesetzt sind, die durch Einzelphotonenzählung gemessen und zur Berechnung der Fluoreszenzlebensdauer pro Pixel verwendet werden können. Die Fluoreszenzlebensdauern von Krebszellen und von durch Entzündungen beeinträchtigten Zellen unterscheiden sich von denen gesunder Zellen. Projektkoordinator Dr. Karsten König fasst zusammen: „Wir haben unser Ziel, Haut- und Augendiagnostik ohne Skalpell, ohne Anfärbung und Marker sowie mit einem Ergebnis in Minutenschnelle durchzuführen, erreicht. Und nur zum Vergleich: Gegenwärtig dauert die Diagnose von Hautkrebs in Europa unter Einsatz von Hautbiopsien, Mikroskopen und in Hinsicht auf pathophysiologische Veränderungen erfahrenen Dermatologen etwa eine Woche.“ Von Anti-Ageing bis zum Astronauten Der Multiphotonentomograph verspricht eine ganz Anzahl zusätzlicher Möglichkeiten. Dr. König nennt die objektive Prüfung der Wirksamkeit von Anti-Aging-Produkten durch gleichzeitige Messung der Elastin-/Kollagen-Ration und des Stoffwechsels der Zellen. Er erwähnt außerdem, dass gleichermaßen Qualitätskontrollen bei menschlicher Hornhaut vor der Transplantation durchgeführt werden könnten, bevor man die Hand an das Skalpell legt. „Noch ist es ein Traum, die Astronauten auf ihrem Weg zum Mars mit ultrakompakten Multiphotonentomographen auszustatten“, fügt er hinzu. „Unsere jüngsten Untersuchungen zeigten bei drei Astronauten nach sechs Monaten Arbeit im internationalen Weltraumlabor eine unerwartete Hautverdünnung, so dass wir das überwachen konnten.“ Zurück auf der Erde sollen noch im Lauf dieses Jahres in Krankenhäusern in Kalifornien und Deutschland klinische Studien zur Hautkrebserkennung mit LASER-HISTO durchgeführt werden. Das Team arbeitet auf eine medizinische Zulassung bis Ende 2019 hin. Die Produktion soll plangemäß 2020 beginnen.
Schlüsselbegriffe
LASER-HISTO, Biopsie, Krebs, Augenerkrankung, Tomograhie, Haut, Zellen, Hornhaut, hochauflösend, Diagnose, Photon
