Optische Technologien gehen unter die Haut

Die Haut ist das größte Organ des menschlichen Körper und stellt die Abgrenzung des Körperinneren gegenüber der Außenwelt dar. Nichts zuletzt deshalb kann die Haut von einer Vielzahl von Erkrankungen betroffen sein. Optische Methoden bieten ganz neuartige Ansätze zum besseren Verständnis von Hautkrankheiten und deren gezielter Bekämpfung.

Aktuelle Forschungsergebnisse zur Untersuchung der Neurodermitis und des Weißen Hautkrebses wird der Forschungsschwerpunkt Biophotonik vom 22. – 25.9. auf der Veranstaltung „Photonics meets Life Sciences“ in Jena der Öffentlichkeit präsentieren.

Der Helle oder auch Weiße Hautkrebs ist eine weitgehend unterschätzte Krankheit. Dabei treten in Deutschland jährlich etwa 80 000 neue Fälle auf, das sind 90% aller Hautkrebs-Neuerkrankungen. Die anfänglich sichtbaren Hautveränderungen werden von den Patienten zunächst oft nicht bemerkt oder nicht ernst genommen, weshalb sie nicht zum Arzt gehen. Da aber auch diese vermeintlich harmlosen Hautkrebsvarianten ein gefährliches Gesundheitsrisiko darstellen, ist eine sichere Früherkennung von größter Bedeutung.

Hier setzt der Forschungsverbund „Nichtlineare Fluoreszenztomographie“ (FluoTOM) an, den das BMBF im Rahmen des Forschungsschwerpunktes Biophotonik seit Mitte 2005 fördert. Das hierin erforschte Diagnosesystem kommt ohne künstliche Marker, chirurgische Eingriffe und radiologische Belastung aus, grenzt die verschiedenen Tumor(vor-)stadien jedoch eindeutig voneinander ab. Der Arzt erhält in Echtzeit ortsaufgelöste diagnostische Schnittbilder aus dem Gewebevolumen, mit deren Hilfe er einen Tumor hinsichtlich seiner Ausdehnung, Position und Aggressivität bewerten kann. Dabei erlaubt das FluoTOM-Verfahren erstmals auch die Bewertung tief liegender Gewebeschichten auf der Basis der Volumen-Informationen. Die Technologie soll nach erfolgreicher Einführung in der Dermatologie später auch für Untersuchungen in endoskopisch zugänglichen Körperhöhlen zugeschnitten werden.

Industrielle, universitäre und klinische Partner arbeiten in dem Verbundprojekt „FluoTOM“ mit verteilten Aufgaben. Der Schwerpunkt „funktionale Spektroskopie“ ist bei der Lasertechnik Berlin GmbH und dem Lehrstuhl für Photonik der Universität Potsdam angesiedelt, der Schwerpunkt „morphologische Koordination und Bildgebung“ bei der World of Medicine AG. Die klinischen Partner der Universität Magdeburg und der Elisabeth-Klinik Berlin liefern die Befundung und Referenzierung zu den Ergebnissen.

Ein anderer Forschungsverbund befasst sich mit der Neurodermitis. Von dieser Hautkrankheit sind in Deutschland mehr als 3 Millionen Menschen betroffen, was zu einer geschätzten volkswirtschaftlichen Belastung von über 1,5 Milliarden Euro pro Jahr führt. Noch sind die komplexen Ursachen der Neurodermitis weitgehend ungeklärt. Der im Rahmen des Verbundes „5D-IVT“ geplante „5D-Intravitaltomograph“ könnte dies bald ändern. Das neuartige System kann dynamische Prozesse in der Haut bis in tiefere Schichten hinein detailliert abbilden und soll künftig die Ursachen von Hautkrankheiten aufklären, eindeutigere Diagnosen ermöglichen und Behandlungen kontrollierend begleiten.

Der neuartige Tomograph erfasst hauteigene Bestandteile binnen Sekunden mikrometergenau, ohne dass Kontrastmittel zugegeben oder Hautproben entnommen werden müssten. Das ist nicht nur für Patienten angenehmer, sondern auch für die Wissenschaft von großem Vorteil. Erstmals könnten dynamische Vorgänge in der Haut, wie beispielsweise die Verteilung von Wirkstoffen, direkt im realen System mit großer Genauigkeit beobachtet werden. Hierzu muss man bisher auf Labormodelle ausweichen.

Die Beiersdorf AG, die die Intravitaltomographie mit entwickelt hat und seit Jahren erfolgreich nutzt, verwendet das 5D-Verfahren, um grundlegende hautphysiologische Fragestellungen zu erforschen und die Erkenntnisse in die Produktentwicklung einfließen zu lassen. Die Hautklinik der Universität Jena will die Technologie zur Diagnose und Therapie von Hautkrebs einsetzen. Technisch kombiniert das Verfahren das hochaufgelöste 3D-Multiphotonen-Fluoreszenz-Imaging mit spektralen und zeitaufgelösten Detektionsverfahren.

Dazu hat die JenLab GmbH ein bereits klinisch zugelassenes bildgebendes System, das „DermaInspect“, durch entsprechende Module erweitert. Das saubere Zusammenspiel aller Komponenten sowie die Darstellung und Auswertung der umfangreichen Messdaten stellen die Geräteentwickler vor große technische Herausforderungen. Um das breit angelegte Vorhaben zu meistern, haben sich namhafte Anwender aus Klinik und Industrie mit Technologieführern aus den Optischen Technologien zusammengetan. Derartige Verbundprojekte fördert das BMBF seit dem Jahr 2002 im Forschungsschwerpunkt Biophotonik – im vorliegenden Fall mit rund 2,7 Millionen Euro. Die beteiligten Unternehmen investieren zusätzlich etwa 1,8 Millionen Euro in das Projekt.

Die genannten Forschungsverbünde präsentieren neben vielen anderen ihre aktuellen Forschungsergebnisse in Vorträgen und im Rahmen einer Ausstellung auf dem Symposium „Photonics meets Life Sciences“ vom 22. bis 25.September 2008 in Jena. Die Veranstaltung, die gemeinsam vom Forschungsschwerpunkt Biophotonik und dem Jenaer Institut für Photonische Technologien organisiert wird und unter der Schirmherrschaft von Bundesforschungsministerin Dr. Annette Schavan steht, zeigt am Beispiel der Biophotonik, wie durch eine sinnvolle interdisziplinäre Vernetzung von Forschungsaktivitäten Wirtschaft, Wissenschaft und Gesellschaft gleichermaßen profitieren können. Thematische Schwerpunkte sind neben der Untersuchung von Hautkrankheiten die Krebsfrüherkennung, die Überwachung der Luft- und Wasserqualität sowie ein besseres Verständnis von Lebensprozessen auf zellulärer und molekularer Ebene.

Ansprechpartner:

Prof. Dr. Jürgen Popp
Sprecher des Forschungsschwerpunktes Biophotonik
Direktor des Institutes für Physikalische Chemie der Universität Jena
Wissenschaftlicher Direktor des Institutes für Photonische Technologien
Tel 03641/ 206 300
Fax 03641/ 206 399
E-Mail juergen.popp@ipht.-jena.de
Dr. Marion Jürgens
Forschungsschwerpunkt Biophotonik
Öffentlichkeitsarbeit
E-Mail marion.juergens@uni-jena.de