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Laser erfasst molekularen Fingerabdruck im Blut

Gesundheitsmonitoring
Laser bietet Chancen für Untersuchungen an Blut

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Blutbilder sind so individuell wie Fingerabdrücke. Wie stabil dieser so genannte molekulare Fingerabdruck des Blutes über die Zeit ist, haben Forscher des Attoworld-teams an der LMU und dem MPQ nun untersucht (Bild: Dennis J.K.H. Luck)
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Der Molekülmix des Blutes eignet sich eventuell zur Überwachung des Gesundheitszustandes. Infrarotlaser könnten dazu beitragen, diese komplexe Mischung detailliert zu erfassen. An entsprechenden Lasern forscht in München das Attoworld-Team.

Die Zusammensetzung der Moleküle im menschlichen Blut ist einzigartig, vergleichbar mit einem Fingerabdruck. Verändert sich jedoch der Mix der Moleküle im Organismus, könnte dies ein Hinweis darauf sein, dass er erkrankt ist. Voraussetzung für eine solche Diagnose ist das Wissen, ob der so genannte „molekulare Fingerabdruck“ im gesunden Zustand zuvor über längere Zeit stabil war.

Molekularer Mix im Blut ist nachweislich stabil

Eine solche Langzeitstabilität bei gesunden Personen hat nun das Team Broadband Infrared Diagnostics (kurz: Bird) mit Fourier-Transform Infrarotmessungen (FTIR) nachgewiesen. Die Forscher zeigten, dass die molekulare Zusammensetzung im Blut einzelner gesunder Personen über mehrere Monate nicht nur gleich blieb, sondern sogar individuell zugeordnet werden konnte. An den Arbeiten beteiligt war das Team um die Biologin Dr. Mihaela Žigman vom Lehrstuhl für Laserphysik von Prof. Ferenc Krausz an der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) und dem Max-Planck-Institut für Quantenoptik (MPQ) sowie die Medizinerin Prof. Dr. Nadia Harbeck vom LMU Klinikum.

Den Molekülmix im Blut exakt zu analysieren, ist keine einfache Aufgabe, denn manchmal sind die Konzentrationen der spezifischen Moleküle extrem niedrig. Für seine Untersuchungen hat das Forscherteam die Blutserum- und Plasmaproben von 31 gesunden Personen über den klinisch relevanten Zeitraum von einem halben Jahr untersucht. Dass die Ergebnisse über einige Tage, Wochen und sogar Monate stabil waren und individuell zugeordnet werden konnten, ist für die weiteren Überlegungen relevant. „Diese bisher unbekannte zeitliche Stabilität ist die Grundlage für künftige Anwendungen zur Gesundheitsüberwachung“, freut sich Bird-Gruppenleiterin Mihaela Žigman.

Künftig mit Infrarotlaser messen und FTIR ablösen

Fourier-Transform Infrarotmessungen, die mit konventionellem Licht arbeiten, könnten aber künftig von Infrarotlaser-basierten Messungen abgelöst werden. Diese Art der Analyse von Molekülen im Blut wäre aufgrund der enormen Stärke des Laserlichts exakter als die bisher verwendete FTIR-Methode. An entsprechenden Lasertechnologien arbeiten die Physiker im Attoworld-Team von Prof. Ferenc Krausz.

Mit Hilfe einer neu entwickelten Infrarot-Lasertechnologie bringen die Attoworld-Forscher Moleküle zum Schwingen und damit zum eigenständigen Aussenden von Licht. Diese elektromagnetischen Schwingungen ordnen die Forscher präzise den Bestandteilen der Bioflüssigkeiten zu. So detektieren sie spektroskopisch selbst winzige Konzentrationen einzelner Molekülarten.

Wiederholte, nicht-invasive Messungen machbar

„Mit unseren Lasern können wir elektrische Signale aus Molekülen bereits mit einer sehr hohen Empfindlichkeit nachweisen“, erklärt Ferenc Krausz. Diese Erkenntnisse, zusammen mit dem Wissen um den stabilen molekularen Fingerabdruck, eröffnen neue Möglichkeiten in Biologie und Medizin. Damit könnten n effiziente, wiederholte und minimal-invasive Messungen von blutbasierten Infrarot-Fingerabdrücken machbar werden. Den menschlichen Gesundheitszustand auf diese Weise zu überwachen, bietet die Chance zur Früherkennung und damit auch zur Gestaltung einer präventiven modernen Medizin. (op)


Kontakt zu den Forschern:

Dr. Mihaela Žigman
Ludwig-Maximilians-Universität München
Am Coulombwall 1
85748 Garching
E-Mail: mihaela.zigmann@mpq.mpg.de
www.mpq.mpg.de

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