Mikroskopie Jena: Das Mikroskop, das Zellen im Körper analysiert

Krebs-Diagnosen stellen, ohne dem Körper Gewebeproben zu entnehmen: Das ist die Zukunftsmusik, an der in Jena im EU-Forschungsprojekt CRIMSON "komponiert" wird.

Mikroskop Jena
Mikroskop-Technik aus Jena Bildrechte: Uni-Klinik Jena

Man nehme Lasertechnik, kombiniere sie mit Datenanalysen einer Künstlichen Intelligenz und schwupps! hat man eine neue Mikroskopie-Technologie, mit der man schon in der Zelle Krebskrankheiten aufdecken kann. Mikroskopie-Technik für Diagnosen, ohne Gewebe zu entfernen: Das ist die Zukunftsmusik, an der in Jena im EU-Forschungsprojekt CRIMSON mitkomponiert wird.

Was genau macht die neue Mikroskopie-Technik?

Zunächst muss man wissen, was diese Technologie kann: dreidimensionale molekulare Bilder aus lebenden Zellen liefern und Gewebe schnell analysieren. Professor Jürgen Popp, wissenschaftlicher Direktor des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien, erklärt MDR WISSEN, wie das geht:

Die Zellen werden mit einem Laser über ein Mikroskop abgescannt und das durch den Laser erzeugte Signal ebenfalls mit dem Mikroskop detektiert.

Jürgen Popp

Und was wird dargestellt, was sieht man?

Mann mit Brille lehnt an einer Treppenbrüstung
Jürgen Popp, wissenschaftlicher Direktor des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT) Bildrechte: Sven Döring/ Leibniz-IPHT

Neben der Struktur bzw. Morphologie der Zelle lässt sich durch das in CRIMSON erforschte Verfahren auch deren molekulare Zusammensetzung wie Lipide, Proteinstrukturen etc. darstellen. Man kann beobachten, wie sich die molekulare Zusammensetzung ändert, wenn zum Beispiel eine gesunde Zelle entartet - oder schauen, was molekular passiert, wenn man Wirkstoffe zu der Zelle gibt.

Dank der hohen Aufnahmegeschwindigkeit des CRIMSON-Verfahrens entstehen ganze Bildreihen. So wird sogar sichtbar, wie sich von einer zur nächsten Aufnahme Zellen verändern.

Was heißt das für die medizinische Praxis?

Praktisch wäre diese Technik zum Beispiel direkt während einer Operation, erklärt Jürgen Popp, oder während einer endoskopischen Untersuchung.

Perspektivisch lässt sich das Verfahren direkt im Körper anwenden. Entweder in Form eines Operationsmikroskops, d.h. an Stellen, wo man mit einem Mikroskop während der Operation hinkommt oder auch endoskopisch z.B. im Rahmen einer Blasen-, Magen-, Darm-Spiegelung oder auch zur Untersuchung des Mund- und Rachenraums.

Noch ein Stück Zukunftsmusik: Der Laser und das Messsignal müssten für eine endoskopische Anwendung durch spezielle Fasern transportiert werden und man braucht zum Scannen von Bildinformationen spezielle Mikrooptiken. Vorrangig wird im CRIMSON-Projekt aber zunächst an der Entwicklung des Mikroskops gearbeitet; das Endoskop-Projekt ist ein nächster Schritt.

Aber was ist nun an der Mikroskopie-Technik so praktisch?

Der Vorteil: Die Ergebnisse sind sofort da, genau wie detaillierte Informationen über Zellen. Normalerweise warten Mediziner ein paar Tage auf die Ergebnisse einer Untersuchung des krankhaften Gewebes.

Was man außerdem bereits während einer Tumor-Entfernung wüsste: Ist der Gewebe-Schnittrand "sauber", also tumorfrei? Das ließe sich während der OP direkt durch die eine Untersuchung des Gewebes klären, was für den Chirurgen ein großer Gewinn wäre, wie Prof. Dr. Orlando Guntinas-Lichius, Direktor der Klinik für Hals-, Nasen- und Ohrenheilkunde am Universitätsklinikum Jena, der auch Partner des CRIMSON-Projekts ist, bestätigt.

Auch der Charakter des Tumors, seine Aggressivität, sein Streuverhalten, aber auch das Ansprechen eines Tumors auf Strahlentherapie oder medikamentöse Tumortherapie, ließe sich gleich bestimmen. Optimal wäre Popp zufolge, man würde das gleich im Körper messen, statt Gewebe zu entfernen. Das ist aber noch Zukunftsmusik. Soweit sei man derzeit noch nicht, sagt der Forscher, davor stünden noch komplexe Genehmigungsverfahren .

Erspart das Untersuchungen oder ersetzt bisherige Methoden?

Die Technologie könnte Biopsien ersparen, ein schnelleres Beurteilen des Ansprechens einer Therapie erlauben und ein präziseres Entfernen von Tumoren ermöglichen. Letzteres ist besonders praktisch an empfindlichen Stellen, sagen Popp und Guntinas-Lichius. Ersetzen wird es bisherige Diagnoseverfahren Popps nach Einschätzung nicht, aber ergänzen: "Es sind neue Werkzeuge für eine verbesserte und schnellere pathologische Diagnostik."

Zum Entwicklungsteam gehören neben dem Leibniz-Institut für Photonische Technologien und der Uniklinik Jena auch der der Laser-Hersteller Active Fiber Systems sowie Forschungseinrichtungen und Firmen aus Italien, Großbritannien und Frankreich.

(lfw)

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