Laserlicht trifft Zelle

Die Biophotonik-Forschung lässt dramatische Fortschritte erwarten: Schon während der Untersuchung eines Patienten können in Zukunft beispielsweise Krebszellen analysiert werden, ohne Gewebeproben zu entnehmen. Denkbar wäre auch, Krebszellen oder Bakterien mit Hilfe von Licht weitgehend nebenwirkungsfrei zu zerstören. „Der Schwerpunkt der Biophotonik-Forschung liegt heute aber überwiegend auf diagnostischen Verfahren“, erklärt Dr. med. Carsten M. Philipp, Präsident der Deutschen Gesellschaft für Lasermedizin (DGLM) und Leitender Oberarzt der Abteilung Lasermedizin an der Evangelischen Elisabeth Klinik Berlin. Photonische Verfahren erlaubten es, Zellverbände zu charakterisieren und somit ‚krank‘ und ‚gesund‘ am lebenden Organismus zu unterscheiden – ohne Gewebeentnahme und praktisch in Echtzeit, berichtet er.

Im Labor funktionieren die Verfahren bereits. „Die Herausforderung besteht darin, auf dieser Basis kliniktaugliche Geräte zu entwickeln, die sich in Endoskope integrieren lassen“, erläutert Dr. Ronald Sroka. Der Physiker leitet das Laser-Forschungslabor im Life-Zentrum des Klinikums Großhadern, wo er an solchen Verfahren arbeitet. Sroka ist darüber hinaus Generalsekretär der Deutschen Gesellschaft für Lasermedizin DGLM.

Bereits heute lassen sich Tumore – etwa in der Blase – durch Substanzen markieren, die sich hauptsächlich in Tumorzellen anreichern und mit speziellem Licht zum Fluoreszieren angeregt werden können. So kann der Arzt erkennen, an welchen Stellen eine Biopsieentnahme sinnvoll erscheint. In Zukunft aber könnte die Gewebeprobenentnahme sogar durch die „optische Biopsie“ ersetzt werden: Der Arzt setzt an den verdächtigen Stellen die Optische Kohärenztomographie (OCT) ein, um dort in die Tiefe des Gewebes zu blicken. Mit dieser aus der Augenheilkunde bekannten Technik lässt sich auch nicht transparentes Gewebe 1 bis 2 mm tief untersuchen. Der Mediziner könnte so direkt feststellen, ob die Tumorzellen bereits die Grenze zu den tieferen Gewebeschichten durchbrochen haben und Metastasen drohen.

Bei der gleichen Blasenspiegelung könnte auch die Frage beantwortet werden: Wie gefährlich ist der Tumor? Dafür würde der untersuchende Arzt eine Sonde wählen, die für den endoskopischen Einsatz der Konfokalmikroskopie oder 2-Photonen-Mikroskopie ausgestattet ist. Aktuell gelingt es dem Klinik-Verbund T.E.A.M. unter Leitung des Laser-Forschungslabors der Uniklinik München, mit der Konfokal-Endoskopie bis zu 100 µm tief im Gewebe liegende Zellen direkt strukturell zu untersuchen. Mit Neuentwicklungen bei der 2-Photonen-Endo-Mikroskopie könnte sogar der Blick in bis zu 1000 µm Gewebetiefe gelingen. Endoskopische Sonden für Raman-Spektroskopische Untersuchungen könnten weitere wichtige Informationen über den Stoffwechsel der Tumorzellen liefern.

Diese Verfahren werden auch eine wichtige Rolle für die Diagnosen in anderen Körperregionen übernehmen, beispielsweise in Luft-und Speiseröhre. Dort sei eine Früherkennung von Tumoren mit klassischen Verfahren oft sehr erschwert, erläutert Dr. Christian S. Betz, Oberarzt und Lehrbeauftragter an der HNO-Klinik der Universität München. Betz ist einer der Gründer der Head and Neck Optical Diagnostics Society (HNODS). Auch in diesem Umfeld könnten mit der Fluoreszenzbildgebung oder dem so genannten Narrow Band Imaging auffällige Schleimhautareale bei Risikopatienten gefunden werden – besser als mit reiner Endoskopie, beschreibt Betz die Perspektiven. Solche und ähnliche Themen wird die HNODS im Rahmen ihrer Jahreskonferenz diskutieren, die 2013 erstmals als Partner-Konferenz der ECBO (European Conferences on Biomedical Optics) im Rahmen des World of Photonics Congress stattfindet.

Auch für die Therapie zeichnen sich dank der Photonik revolutionäre Verfahren ab. Als eine Option für die Zukunft nennt Dr. Philipp die photodynamische Therapie, bei der die erkrankten Gewebe oder auch Bakterien möglichst selektiv mit einem durch Licht aktivierbaren Medikament, einem Photosensibilisator, angereichert werden. Unter Einwirkung von Licht einer bestimmten Wellenlänge entwickelt dieses Medikament seine zellzerstörende Wirkung. op

Die Fachmesse Laser World of Photonics öffnet vom 13. bis 16 Mai auf dem Münchner Messegelände ihre Pforten. Zur letzten Veranstaltung im Jahr 2011 kamen 1075 Aussteller aus 38 Ländern und 27 490 Besucher aus 80 Ländern. In diesem Jahr hat die Veranstaltung ihr 40-jähriges Jubiläum.

Das Thema Biophotonik ist auf dem Messegelände mehrfach vertreten. Zu den möglichen Anwendungen leiten Dr. Philipp und Dr. Sroka ein Application Panel mit Praxisvorträgen in Halle B1, bei der die DGLM die Forschungstrends und Bedürfnisse der Mediziner zur Diskussion stellt (14. Mai, 10 bis 13 Uhr).

Highlights aus einem Jahrzehnt der Biophotonik-Forschung werden bei einer Sonderschau des „Forschungsschwerpunkts Biophotonik“ zu sehen sein, in der Halle B1 am Stand B1.340. Diese Initiative wurde 2002 ins Leben gerufen. Zu den aktuellen Höhepunkten zählen die ultrascharfe Lichtnanoskopie lebender Zellen oder Verfahren, um hygienerelevante Bakterien frühzeitig zu erkennen.

Neue biophotonische Techniken wie die Optische Kohärenztomographie, klinische und biomedizinische Spektroskopie und therapeutische Laseranwendungen werden vom 12. bis 16. Mai in der ECBO (European Conferences on Biomedical Optics) thematisiert. Diese will die Brücke zwischen Klinikern, Ingenieuren und Wissenschaftlern bauen, um Fragestellungen in der Medizin und Biophotonik zu lösen und den Weg bis zum Patienten zu ebnen.

Erstmals als Partner-Konferenz der ECBO findet 2013 die Jahreskonferenz der Head and Neck Optical Diagnostics Society HNODS im Rahmen des World of Photonics Congress statt. Diese Konferenz wendet sich an Wissenschaftler, Ingenieure und Ärzte, die optische und photonische Verfahren für die medizinische Diagnostik und Therapie nutzen.