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Neue Lasertechnologie erkennt Hautkrebs und überprüft Wirkung von Anti-Aging-Produkten

Mit einem neuen Laser-Tomographen können Ärzte den bösartigen schwarzen Hautkrebs erkennen, ohne dafür Gewebe zu entnehmen. Mit dem Gerät kann man außerdem feststellen, wie wirksam Anti-Aging-Produkte sind und wie stark Nikotin oder Hormonpillen die Haut altern lassen. Auch die Sicherheit von Nanopartikeln in der Sonnenschutzcreme kann damit überprüft werden. Für die Entwicklung dieses Laser-Tomographen wurde Karsten König, Professor für Biophotonik und Lasertechnologie der Universität des Saarlandes, jetzt mit dem renommierten Berthold Leibinger Innovationspreis ausgezeichnet.

Mit der neuen Lasertechnologie können Forscher in die Hautzellen hineinschauen. Die räumliche Auflösung ist dabei tausendmal höher als bei Ultraschallgeräten, weltweit erreicht kein anderes Gerät solche Werte. Die Ärzte und Pharmazeuten können damit nicht nur einzelne Zellen analysieren, sondern sogar einzelne Organellen. Das sind zum Beispiel die Speicher der Zellen, in denen Fett angereichert, oder die als „Kraftwerke der Zellen“ bekannten Mitochondrien. „Viele Salben und Cremes verändern die Hautzellen und versuchen zum Beispiel, bestimmte Mechanismen des Alterns zu verzögern. Mit dem Laser-Tomographen kann man über mehrere Woche genau beobachten, ob diese Produkte überhaupt wirken“, sagt Karsten König.

Das Gerät wird aber auch für die Krebsfrüherkennung verwendet, da der Arzt damit direkt am Patienten einzelne Krebszellen wie etwa das schwarze Melanom bestimmen kann. „Er muss dafür kein Gewebe mehr entnehmen“, erläutert König. Der Experte für Lasertechnologie nutzt dabei die fluoreszierende Eigenschaft von Krebszellen, die durch Laserstrahlen angeregt heller leuchten als gesunde Zellen. In Kliniken in Australien, Japan und Europa wird der Tomograph auch dafür eingesetzt, Patienten mit Hauterkrankungen oder schwer heilenden Wunden zu beobachten. „Mithilfe von dreidimensionalen Bildern können Ärzte die charakteristischen Strukturen der Hautzellen erkennen und unterscheiden, ob sich die Hautzellen durch Krankheiten, Umwelteinflüsse oder wegen eines medizinischen Wirkstoffes verändert haben“, sagt König. Die Therapie könne dadurch ganz individuell auf den einzelnen Patienten abgestimmt werden.

Der Laser-Tomograph wird von der Firma JenLab GmbH vermarktet, die sowohl in Jena als auch Science Park der Universität des Saarlandes einen Sitz hat. Karsten König gründete diese Firma im Jahr 1999 als Spin-off-Unternehmen der Universität Jena, um darüber schlüsselfertige Diagnosegeräte für den medizinischen Einsatz zu entwickeln und zu vermarkten. Heute verkauft das Unternehmen zertifizierte Geräte an Kliniken und Unternehmen in die ganze Welt.

Für seine Entwicklung erhielt Professor König jetzt den mit 20.000 Euro dotierten Berthold Leibinger Innovationspreis (Zweiter Preis), der international für neue Entwicklungen auf dem Gebiet der angewandten Lasertechnologie ausgeschrieben wird. Der Preis, der seit dem Jahr 2000 alle zwei Jahre von der Berthold Leibinger Stiftung verliehen wird, gehört zu den wichtigsten Innovations- und Forschungspreisen in der Optik. Der Jury gehörten renommierte Vertreter aus Wissenschaft und Industrie an, darunter Professor Theodor Hänsch, der den Nobelpreis für Physik erhielt.

Fragen beantwortet:

Prof. Dr. Karsten König
Lehrstuhl für Biophotonik und Lasertechnologie
Universität des Saarlandes
Tel. 0681/302-3451
k.koenig@blt.un…

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Im europäischen Forschungsprojekt PAMAP („Physical Activity Monitoring for Aging People“) arbeiten Wissenschaftler des DFKI-Forschungsbereichs „Erweiterte Realität” an einem Prototyp, der die physischen Aktivitäten von Senioren erfasst und sie motiviert, bis ins hohe Alter körperlich aktiv, fit und gesund zu bleiben.

Ein internationales Expertenteam für Sensorik, Biomechanik und Medizin beschäftigt sich im Rahmen des EU-Projektes mit der Fragestellung: Wie können moderne Informations- und Sensortechnologien älteren Menschen helfen, ein besseres Leben zu führen?

„Unser Assistenzsystem kann sowohl zur Prävention als auch für Reha-Maßnahmen eingesetzt werden“, so Professor Didier Stricker, der Leiter des Forschungsbereiches in Kaiserslautern. „Auf der Basis kleiner, inertialer Sensoren erfasst es die körperlichen Aktivitäten und informiert den Anwender. Über ein biomechanisches Modell können außerdem die Bewegungen des Oberkörpers genau ermittelt und für spezielle Übungen zur funktionellen Rehabilitation genutzt werden.“

Ähnlich wie ein Fitness-Coach lobt das PAMAP-System den Anwender, korrigiert seine Bewegungen oder warnt ihn vor Überanstrengung und hilft so, die Übungen nachhaltig korrekt durchzuführen. Die erfassten Bewegungen werden auf dem Fernseher dargestellt. Bei falscher Ausführung werden Korrekturhinweise wie etwa „Sie müssen den Arm vollständig ausstrecken!“ angezeigt. Die relevanten Daten werden in einer elektronischen Krankenakte gespeichert und können später vom Anwender und seiner Familie betrachtet, und von medizinischen Spezialisten analysiert werden. Die behandelnden Ärzte und Physiotherapeuten können so frühzeitige Diagnosen stellen, den Erfolg von Therapien messen und den Benutzern interaktive Hilfestellung bei der Befolgung ihres Therapieplans geben.

„Mit der Unterstützung des PAMAP-Systems können Senioren ihre Gesundheit und Lebensqualität eigenständig und in ihrer gewohnten Umgebung verbessern“, betont Professor Stricker.

Medizinische Studien belegen, dass eine ausgewogene körperliche Aktivität positive Effekte auf die Gesundheit hat und die Lebenserwartung verlängert. Insbesondere für ältere Generationen ist die Motivation zur ausgewogenen körperlichen Aktivität von entscheidender Bedeutung.

Ein Video des PAMAP-Systems und weitere Informationen zum Projekt finden Sie im Internet:

www.pamap.org/n…

www.pamap.org/

Kontakt PAMAP:
Prof. Dr. Didier Stricker / Dr. Gabriele Bleser
Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz
Trippstadter Straße 122
67663 Kaiserslautern
Telefon: 0631-20575-3500 / 0631-20575-3560
E-Mail: didier.stricker… / gabriele.bleser…
Internet: www.dfki.de
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Um Krebs zuverlässig zu diagnostizieren, führen Ärzte meist eine Biopsie inklusive Gewebeuntersuchung durch – ein zeitraubendes Verfahren. Ein mikroskopischer Bildsensor, montiert in ein Endoskop, soll sich künftig für die in-vivo-Krebsdiagnose einsetzen lassen.

Früherkennung ist noch immer das Mittel der Wahl, um Krebs erfolgreich zu bekämpfen. Doch nicht hinter jedem Knoten verbirgt sich ein bösartiger Tumor. Um festzustellen, ob Krebszellen vorhanden sind, nehmen Ärzte in der Regel eine Biopsie vor und untersuchen das entnommene Gewebe anschließend unter dem Mikroskop. Dieses Verfahren ist nicht nur für den Patienten psychisch sehr belastend, sondern auch zeitaufwendig. Forscher des Fraunhofer-Instituts für Photonische Mikrosysteme IPMS in Dresden wollen die Krebsdiagnose jetzt erheblich beschleunigen. Ermöglichen soll dies ein neu entwickelter Mikroskopkopf, der einen Durchmesser von lediglich acht Millimetern hat. Er kann Gewebezellen mit einer Größe von nur 10 bis 20 Mikrometern optisch auflösen und darstellen. Eingepasst in die Spitze eines Endoskops lässt er sich künftig für die in-vivo-Krebsdiagnose nutzen und wie bei einem minimalinvasiven Einsatz in den Körper einführen. Die Vision der Wissenschaftler: Der MEMS-basierte Mikroskopkopf, kurz für Micro Electro Mechanical Systems, soll Biopsien überflüssig machen. Durch eine »Diagnose in Echtzeit« könnten Mediziner sich rasch für die notwendige Therapie entscheiden.

»Bislang sind endoskopisch anwendbare mikroskopische Bildaufnehmer nicht erhältlich. Wir haben jetzt erstmals einen solchen laserbasierten Sensor entwickelt,« sagt Dr. Michael Scholles, Geschäftsfeldleiter am IPMS. »In der klassischen Endoskopie mit makroskopischen Abbildungsmaßstäben reichen CCD- oder CMOS- Bildsensoren aus, wie sie auch in Digicams oder Handys verwendet werden. Für die Endomikroskopie sind hingegen MEMS-basierte Bildaufnehmer von großem Vorteil, da diese auch ohne voluminöse Optik selbst kleinste Objektfelder wie Zellen ausreichend vergrößern können.

Wir haben den Sensor mit einem Mikroscannerspiegel kombiniert – so erreichen wir die erforderlichen Auflösungen von 10 Mikrometern, können also kleinste Strukturen extrem vergrößern.«

Doch wie funktioniert das System? Der Laser selbst befindet sich im OP-Saal. Das Laserlicht wird über eine Sendefaser an den in der Endoskopspitze angebrachten Mikroscannerspiegel weitergeleitet. Dieser lenkt den Laserstrahl ab und beleuchtet das verdächtige Gewebe punktuell. Ein in der Endoskopspitze montiertes Glasfaserbündel überträgt das reflektierte Licht an den externen Sensor. Dieser erhält so ein Signal mit der Bildinformation. Ein Detektor misst die Position des Scannerspiegels präzise. So lässt sich bestimmen, welcher Bereich der Szene gerade ausgeleuchtet wird. Durch das Zusammenführen von Positions- und Bildsensorsignal können Mediziner das zweidimensionale Bild vollständig rekonstruieren.

»Ein wichtiger Punkt der Entwicklung war eine geeignete Mikromontage für den Endoskopkopf. Dabei standen wir vor der Herausforderung, das komplette System für den Einsatz im Endoskop montagefähig zu machen.

Dies ist uns gelungen. Zukünftig soll unser Mikroskopkopf in größeren Stückzahlen automatisiert fertigbar sein und sich dann in Endoskope einbauen lassen,« resümiert Scholles.

Weitere Informationen finden Sie unter
www.fraunhofer…. Ansprechpartner

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