Implantierbare Mikrolaser – eine neue Ära in der Diagnostik

Implantierbare Laser als Lichtquelle für Bildgebung, Diagnose und Therapie wecken zunehmendes Interesse in der Medizinforschung. Europäische Forschungsgruppen entwickelten nun neue eigenständige Miniaturlaser, die in Hornhaut, Haut und Vollblut implantiert werden und neue Möglichkeiten für Langzeitmessungen und Diagnostik schaffen.

Gesundheit

Laser haben gegenüber Fluoreszenztechniken mehrere Vorteile, u. a. die Emission kleinerer, aber hochintensiver Wellenlängen, was sie für viele biomedizinische Anwendungen prädestiniert. In den Körper implantierte Laser sind vielseitig einsetzbar, z. B. zur Echtzeitüberwachung physiologischer Parameter wie Zuckerwerte und Temperatur. Eine der wichtigsten Voraussetzungen, um Laser in den menschlichen Körper implantieren zu können, ist deren Biokompatibilität, um unerwünschte Abstoßungsreaktionen des Körpers zu vermeiden. In bestimmten Fällen sollte der Laser sogar biologisch abbaubar sein.

Herstellung von Mikrolasern aus biokompatiblen Materialien

Unterstützt durch das Marie-Skłodowska-Curie-Programm entwickelte das Projekt InjectableLasers biokompatible und biologisch abbaubare Materialien für Laser, die in biologisches Gewebe implantiert werden können. „Die Laser sollten nicht größer als zehn Mikrometer und damit klein genug sein, um in Blutbahn, Körperflüssigkeiten und Gewebe des Wirts injiziert werden zu können, ohne dort Schaden anzurichten. Nach bestimmter Zeit und je nach Material werden die Laser dann vollständig abgebaut und vom Körper ohne Nebenwirkungen absorbiert“, erklärt Forscher Matjaž Humar. Für die Mikrolaser verwendeten die Wissenschaftler die transparenten Polymere Polymilchsäure-Co-Glycolsäure (PLGA) und Polymilchsäure (PLA), die in Kliniken routinemäßig für medizinische Implantate, Nähte und Arzneimittelabgabe eingesetzt werden. Die Laser wurden in Form von Mikrokugeln (10 bis 25 µm) entwickelt und enthalten einen Fluoreszenzfarbstoff, wobei alle Materialien für die Verwendung beim Menschen zugelassen oder im Allgemeinen ungiftig waren. Gepumpt werden die Laser von einer externen Lichtquelle. Alternativ arbeiteten die Forschenden erstmals mit Biolumineszenz, um die Mikrokavitäten der Kugel zu pumpen und laserähnliche Emissionen ohne externe Lichtquelle zu erreichen.

Leistung der Mikrolaser und künftige Perspektiven

Die Leistung dieser eigenständigen Mikrolaser wurde in verschiedenen biologischen Umgebungen mit vielversprechenden Ergebnissen getestet. Im Rahmen des Projekts zeigte sich die Leistung der Miniaturlaser in Blut genauso effizient wie in Wasser, sodass davon auszugehen ist, dass Vollblutbestandteile die Laseremission nicht beeinträchtigten. Die Wirksamkeit der Mikrolaser war vergleichbar, wenn sie in menschliche Hornhaut oder Tierhaut implantiert wurden. Insgesamt demonstrierten die Projektpartner, dass es möglich ist, Miniaturlaser aus biokompatiblen und biologisch abbaubaren Materialien herzustellen und diese sowohl in weichem festen Gewebe als auch in Blut funktionieren. Laut Humar „bestanden die Laser ausschließlich aus Biomaterialien und Materialien, die für medizinische Zwecke zugelassen sind. Im Gegensatz dazu bestehen die meisten herkömmlichen biologischen Laser aus nicht biologisch abbaubaren oder unverträglichen Materialien.“ Insgesamt eröffnet InjectableLasers mit seiner Arbeit neue Möglichkeiten für den Einsatz biokompatibler Miniaturlaser in der Laserdiagnostik und -therapie sowie in Medizin und Forschung. Die aktuelle Arbeit wird Humar mit Mitteln des ERC Starting Grants „Cell-Lasers“ fortsetzen und dabei mit biokompatiblen Lasern biophysikalische und biochemische Prozesse auf Einzelzellebene untersuchen.

Schlüsselbegriffe

Injizierbare Laser, biokompatibel, biologisch abbaubar, Polymilchsäure-Co-Glycolsäure (PLGA), Polymilchsäure (PLA), Blut, Haut, Hornhaut

Biocompatible and biodegradable microlasers that can be injected into the human body

Implantierbare Mikrolaser – eine neue Ära in der Diagnostik

Herstellung von Mikrolasern aus biokompatiblen Materialien

Leistung der Mikrolaser und künftige Perspektiven

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