Leuchtende Krebszellen weisen Chirurgen den Weg

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Ob die Forscher des Verbundprojekts "Neurotax" Tumorzellen auch derart ästhetisch einfärben können wie das der Fotografin Anne Weston gelungen ist, wird sich 2011 zeigen.

17.04.2009  - 

In der Biophotonik werden Vorgänge des Lebens in Echtzeit und in kleinstem Maßstab sichtbar gemacht. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt die Forschung auf diesem Gebiet seit 2001 in einem eigenen Förderschwerpunkt. Seit 2009 ist die Technologie-Initiative Molekulare Bildgebung hinzugekommen. Das erste MoBiTech-Projekt will Krebszellen zum Leuchten bringen - damit Chirurgen sicherer operieren können. Zeitgleich startet eine neue Förderrunde der Biophotonik - bis Ende Mai 2009 können erste Projektskizzen eingereicht werden.

Im Jahr 2001 hat das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) den Förderschwerpunkt Biophotonik ins Leben gerufen. Der Begriff Biophotonik verbindet zwei Worte griechischen Ursprungs: „bios“ bedeutet Leben und „phos“ Licht. Die wissenschaftliche Disziplin Biophotonik umfasst die Anwendung lichtbasierter Technologien auf Fragestellungen in der Medizin und den Lebenswissenschaften. Zu diesen Technologien gehören moderne Mikroskopie- und Spektroskopieverfahren, aber auch der Einsatz von Licht in Form von Lasern als Werkzeug - sei es in der Zellbiologie oder in der Chirurgie. Grundlage für diese Technologien ist das Wechselspiel zwischen Licht und biologischer Materie.

Kurz gesagt, es geht darum, biologische Vorgänge in Echtzeit zu beobachten und sie mit neuartigen Methoden sichtbar zu machen. In drei Förderrunden hat das BMBF bishermehr als 25 Projekte unterstützt, in denen insgesamt über hundert verschiedene Institutionen - Unternehmen, Universitäten und sonstige Forschungseinrichtungen gemeinsam neue Wege in der Biophotonik beschritten haben. Die Projekte werden jeweils zur Hälfte vom BMBF und den beteiligten Unternehmen finanziert. Insgesamt flossen so schon mehr als hundert Millionen Euro in den Förderschwerpunkt.

Schon früh molekulare Veränderungen auf Zellebene

Seit 2009 wird der Förderschwerpunkt durch die Technologie-Initiative Molekulare Bildgebung ergänzt. Im Rahmen der MoBiTech-Initiative werden neue bildgebende Systeme, Diagnostika und begleitende Softwarelösungen erforscht. Sie sollen helfen, Krankheiten in ihren Ursachen zu verstehen, sie früher und genauer zu diagnostizieren und gezielter zu behandeln. Bei vielen Erkrankungen ist eine frühe Diagnostik entscheidend für Prävention und Therapieerfolg. Viele Krankheiten bewirken schon früh molekulare Veränderungen auf Zellebene, lange bevor die Erkrankung mit der konventionellen Bildgebung diagnostizierbar ist. Die Molekulare Bildgebung macht sich diese frühen Veränderungen zunutze. Sie soll den Nachweis solcher Spuren ermöglichen, deutlich vor dem Auftreten eines Infarktes oder eines Tumors.

Im Februar 2009 ist das erste Verbundprojekt der MoBi-Tech-Initiative gestartet. Partner aus Forschung und Wirtschaft wollen im "Neurotax"-Verbund Gehirntumore mit zellbiologischen Methoden einfärben, damit sie sicher entfernt werden können. Bei Gehirnoperationen gibt es bisher ein Problem. Der Tumor sich zwar von außen, beispielsweise mit einem Kernspintomographen, leicht orten, der operierende Arzt bekommt aber während seiner Arbeit keine Rückmeldung mehr, wo er sich mit seinen Werkzeugen gerade befindet – er tappt mehr oder weniger im Dunkeln. Dann kann er sich nur noch auf seine Erfahrung verlassen.

Der Tumor soll auf dem Monitor deutlich zu sehen sein

Beim "Neurotax"-Verbund setzt man auf optische Technologien. Mittels fluoreszierender Marker soll der Neurochirurg den Gehirntumor anfärben und bei entsprechender Beleuchtung endoskopisch eindeutig von gesundem Gewebe unterscheiden können. Das gleiche gilt für Blutgefäße, die ebenfalls mittels eines Farbstoffes fluoreszenzmarkiert werden. So erkennt der operierende Arzt auf seinem Monitor deutlich, wohin er mit seinem Werkzeug besser nicht vorstoßen sollte. 
In "Neurotax" arbeiten Forscher der Ludwig Maximilians-Universität München mit zwei Unternehmen zusammen, dem Medizintechnik-Spezialisten MRC Systems und dem Weltmarktführer für Endoskope, der Karl Storz GmbH. Zusammen wollen sie Gehirntumore so vorbereiten, dass sie mit einer schonenden Operationsmethode behandelt werden können, aber trotzdem gut sichtbar bleiben. Bei der sogenannten Stereotaxie muss die Schädeldecke nicht großflächig entfernt werden.
Vielmehr genügt ein kleines Loch, durch das der Chirurg die Werkzeuge und das Endoskop einführt. Langfristig soll diese Methode nicht mehr nur bei Gehirntumoren, sondern auch bei anderen Krebsarten zum Einsatz kommen, wie beispielsweise dem Prostatakarzinom. Das BMBF unterstützt den Verbund bis Ende 2011 mit insgesamt 1,3 Millionen Euro.

Heidelberger arbeiten mit Laserlicht
Auch Forscher des Deutschen Krebsforschungszentrums Heidelberg arbeiten daran, Tumorgewebe einzufärben, damit es von gesundem Gewebe zu unterscheiden ist. Die Wissenschaftler machen sich zunutze, dass Krebs seinen erhöhten Energiebedarf unter anderem dadurch deckt, dass er große Mengen des Bluteiweißes Albumin aufnimmt. Wie sie im Fachblatt Neurosurgery (Vol. 64, Nr. 3, 2009, S. 53-61) berichten, koppelten die Forscher eine fluoreszierende Substanz (5-Aminofluorescein) an das Albumin, das sich über die Blutbahn im Körper verteilt und schließlich im Hirntumor anreichert. Laserlicht regt die Substanz zum Leuchten an und macht dadurch die feinen Ausläufer der Geschwulst sichtbar."

"Andere Kontrastmittel bleichen oft aus", berichtet die Heidelberger Krebsforscherin Eva Frei, "denn die Tumorentfernung kann fünf bis sechs Stunden dauern." Der an das Albumin gekoppelte Fluoreszenzmarker dagegen ist während der gesamten Operation sichtbar. Die Wissenschaftler erprobten das Albumin-Verfahren an dreizehn Patienten mit bösartigen Gliomen. In neun Fällen gelang es dank des intensiv gelbgrünen Leuchtsignals, das fluoreszierende Tumorgewebe vollständig zu entfernen.

Neue Förderrunde der Biophotonik aufgelegt

Die Forscher haben errechnet, dass es sich bei dem leuchtenden Gewebe mit einer Wahrscheinlichkeit von 97 Prozent um Tumorzellen handelt. Mit einer größeren Studie, an der sich mehrere Krankenhäuser beteiligen, sollen im kommenden Jahr die Verträglichkeit und die Effektivität der Färbung bestätigt werden. Dabei werden die Wissenschaftler langfristig verfolgen, ob sich durch das neue Verfahren die Prognose der Betroffenen verbessert.

Das BMBF stellt außerdem weitere Fördergelder für die Biophotonik bereit. Unter dem Titel "Optische Technologien in den Lebenswissenschaften - Grundlagen zellulärer Funktionen" will das BMBF insbesondere neuartige Technologien zur Untersuchung zellulärer Prozesse vorantreiben. Erste Projektskizzen für die neue Förderrunde können bis zum 31.5.2009 beim Projektträger, dem Technologiezentrum des Vereins Deutscher Ingenieure (VDI-TZ), eingereicht werden.

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