Schonende Krebsdiagnosen per Laser: Adlershofer Experten vom FBH helfen mit spezieller Raman-Spektroskopie auch Asthmapatienten

29. April 2019

Schonende Krebsdiagnosen per Laser

Adlershofer Experten vom FBH helfen mit spezieller Raman-Spektroskopie auch Asthmapatienten

Bernd Sumpf, FBH © WISTA Management GmbH

Bernd Sumpf leitet das Laser Sensors Lab am FBH. Bild: © WISTA Management GmbH

Die Nase läuft, der Husten plagt. Was oft als einfache Erkältung in wenigen Tagen vorübergeht, kann für Menschen, die an Asthma oder chronisch obstruktiver Lungenerkrankung leiden, ein Alarmzeichen sein. Ist es nur ein harmloser Infekt oder kündigt sich eine Verschlimmerung der Krankheit an, die zu Atemversagen führen und schließlich lebensbedrohlich sein kann? „Wenn man eine solche mögliche Verschlechterung vorher erkennt, kann man rechtzeitig mit Medikamenten eingreifen“, sagt Bernd Sumpf, Laserexperte am Adlershofer Ferdinand-Braun-Institut (FBH).

Hier setzt das Verbundprojekt „EXASENS“ an, in dem neun Institute der Leibniz-Gemeinschaft zusammenarbeiten, zu der auch das FBH zählt. Ziel ist es, mit der „Point of Care“- (PoC-)Technologie chronisch-entzündliche Atemwegserkrankungen schnell zu diagnostizieren. Dies geschieht anhand von Molekülen, die beispielsweise aus Schleimhaut oder Sekret isoliert werden. „Die Raman-Spektroskopie ist sehr gut geeignet, einzelne Moleküle zu identifizieren“, sagt Sumpf. Einfallendes Laserlicht einer bestimmten Wellenlänge regt die Moleküle zu Schwingungen an. Das entstehende Spektrum ist charakteristisch für das Molekül – quasi sein Fingerabdruck.

Für diese schnelle und zuverlässige Analytik werden am FBH maßgeschneiderte Diodenlaser entwickelt und vom Team um Physiker Sumpf, der das Laser Sensors Lab leitet, getestet. „Die Systeme müssen sehr klein und kompakt sein“, sagt Sumpf. Der Halbleiterlaser sei gerade mal einen halben Millimeter mal drei Millimeter groß. Diese winzigen und präzisen Lichtquellen ermöglichen erst PoC-Verfahren, mit denen Erkrankungsrisiken vor Ort oder per Telemedizin innerhalb weniger Minuten bewertet werden können – ein Screening, das für den Patienten nicht-invasiv und schonend erfolgen soll. Das ist bereits beim Projekt HautScan gemeinsam mit Partnern von Charité und Technische Universität Berlin erprobt worden. Hier konnten Einflüsse von Krebsmedikamenten, die durch die Haut austreten und dann schwere Nebenwirkungen hervorrufen können, untersucht werden.

Doch die Proben enthalten noch weiteres biologisches Material, das sehr stark fluoreszieren kann. Der Physiker Martin Maiwald, der in Sumpfs Team mitarbeitet, zeigt gemessene Raman-Spektren auf dem Monitor. Welche Signale gehören zum Raman-Effekt, der sehr schwach ist im Vergleich zur Fluoreszenz? „Raman-Linien haben einen festen Abstand zur Anregungswellenlänge“, erklärt Maiwald. Wird die Laserwellenlänge für eine zweite Messung spektral ein wenig verschoben, so verschieben sich auch die Raman-Linien. Die Fluoreszenzsignale bleiben hingegen, wo sie sind. Durch eine Subtraktion beider Messungen werden die Raman-Linien deutlich sichtbar, die Störsignale verschwinden.

Von den FBH-Forschern entwickelte kompakte Zwei-Wellenlängen-Laser ermöglichen auch Messungen von Raman-Signalen außerhalb des Labors. Beispielsweise im Projekt HypeRam, bei dem das FBH mit dem Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam und dem Leibniz-Institut für Photonische Technologien in Jena zusammenarbeitet. Es sollen bildgebende Verfahren entwickelt werden, die etwa bei Krebsoperationen eingesetzt werden können. Der Chirurg soll schnell erkennen, wo die „Grenzen“ des Tumors sind. Die Idee ist es, ein Spektrometer, wie man es in der Astrophysik kennt, für Bildaufnahmen zu nutzen. Mittels Raman-Spektroskopie soll nachgewiesen werden, ob die analysierten Moleküle typisch für krankes oder gesundes Gewebe sind. Das Adlershofer Team hat dafür geeignete Laser entwickelt, von Potsdam kommen die Kamerasysteme, in Jena soll der Praxistest erfolgen.

Ebenfalls um Tumorgrenzen geht es beim europäischen Projekt „MIB“, an dem neben Forschungseinrichtungen wie das FBH auch Unternehmen und Kliniken beteiligt sind. Mit bildgebenden Verfahren sowie der Raman-Spektroskopie sollen präzise, schonende Krebsdiagosen per Endoskop direkt in der Blase möglich werden. Das FBH ist bei derart diffizilen Projekten sehr gefragt. Bernd Sumpf wundert das nicht. „Unsere Forschung im Bereich der Laser für die Raman-Spektroskopie ist weltweit einzigartig“, sagt der habilitierte Physiker.

Von Paul Janositz für Adlershof Journal

 

Kommentare

Kommentare (0)

Keine Kommentare gefunden!

Sagen Sie uns Ihre Meinung

Ihre Meinung ist uns wichtig

Meldungen dazu

Adlershof Journal Mai/Juni 2019 Cover
Adlershof Journal Mai/Juni 2019
Rausfinden, was drin ist: Unsere Analysemethoden machen es möglich
Foto: © Adlershof Journal
Licht auf der Haut
Laserexperten und Mediziner forschen gemeinsam im Projekt „HautScan“
FBH-Lasertechnologie im Dienste der Gesundheit
Präzise Diagnose im Blaulicht