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Lasertechnik Medizintechnik-Laser – heute und in Zukunft

Autor / Redakteur: Birgit Ladwig / Peter Reinhardt

Licht in Heilung und Forschung. Schon seit langem begleiten optische Methoden die Medizintechnik. Was ist Stand der Technik und was bringt die Zukunft?

Mit Ausnahme der Endoskopie tritt der Laser in der Medizintechnik meist als Skalpell auf, das berührungsfrei wirkt und äußerst präzise eingesetzt werden kann. Die Energie des Lasers verdampft das Gewebe und „schneidet“ es so. Dabei dauert der Laserstrahl oftmals nur eine Femtosekunde – das ist eine Billiardstel Sekunde. Es entwickelt sich praktisch keine Wärme, umliegendes Gewebe wird nicht verletzt und die Blutgefäße werden direkt wieder verschlossen. Wunden bluten nicht, man kann also „trocken“ operieren.

Lasereinsatz heute

Doch auch im Körperinnern wird der Laser eingesetzt: Die Endoskopie (griechisch: „nach innen schauen“) erlaubt die weitgehend schmerzfreie Untersuchung Bronchien oder Magen. An der Spitze

des Endoskops ist eine Beleuchtungseinrichtung mit einem Laser als Lichtquelle. Mit dem dazugehörigen optischen Abbildungssystem können krankhafte Veränderungen wie Tumore erkannt werden. Untersuchungen sind heutzutage ebenfalls an Stellen möglich, die keinen natürlichen Zugang haben Durch den kleinen Durchmesser des Endoskops können Gefäße, Gelenke, Bauchhöhle und Brusthöhle minimalinvasiv untersucht werden. Zur Entfernung von Nieren- oder Harnsteinen mittels Laserstrahl wird in ein Endoskop eine optische Faser integriert, über die ein Laserstrahl die Steine zerstört.

Trotz der sehr lokalisierten Behandlung kann es zu Schädigungen des umliegenden Gewebes kommen, wenn der Laser nicht richtig positioniert ist. Deshalb wird derzeit daran gearbeitet, Detektionseinheiten zur Stein-/Gewebeerkennung in Endoskope zu integrieren, um eine noch schonendere Behandlung zu ermöglichen.

Lasereinsatz in Zukunft

Wohin geht die Reise in Zukunft? Einen wichtige Stoßrichtung künftiger Entwicklung weist Prof. Dr. Hans-Peter Berlien, Leiter der Abteilung Lasermedizin an der Evangelischen Elisabeth Klinik in Berlin, auf: „In der Therapie nutzen wir den Laser seit 50 Jahren überwiegend destruktiv. Die Natur nutzt Licht seit Milliarden Jahren (fast) immer konstruktiv. Hier liegt in der Entwicklung noch ein großes großes Potential, Licht in der Photobiophysik therapeutisch zu nutzen.“

Noch weiter gehen Experten, die die Zukunft des Lichts in der präventiven Medizin sehen. Unter dem Stichwort „Biophotonik“ sammeln sie optische Methoden, die kranke Zellen, z.B. Krebszellen, am lebenden Menschen frühzeitig erkennen und damit effektiver behandeln lassen. Dazu sind Einblicke in die Genetik und Zellstoffwechselregulation von Tumoren notwendig. Ein Tumor ist erst ab ca. 100 Millionen Zellen im Röntgenbild sichtbar, doch Veränderungen auf molekularer Ebene beginnen oft schon viele Jahre davor.

Krankheiten bis in einzelne Zellen verfolgen

Das grundlegende Verfahren ist die Fluoreszenzmikroskopie, die es ermöglicht, die molekularen Mechanismen von Krankheiten bis in einzelne Zelle hinein zu verfolgen. Die Basis hierzu liefern leistungsfähige Laserlichtquellen und spezielle Farbstoffe zur Markierung von Biomolekülen, die dann unter Bestrahlung mit Licht leuchten. Mit diesen Techniken konnten von einem deutschen Forscherteam bereits Erreger von Lepra, Malaria und Tuberkulose auf zellulärer Ebene nachgewiesen und Therapie bzw. Impfstoffe entwickelt werden.

Ein weiterer Impuls kommt ebenfalls aus deutscher Forscherhand: Die „Sted-Mikroskopie“ (Stimulated Emission Depletion) umgeht die Grenzen der optischen Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen (Bild 1). Das Verfahren liefert neue Einsichten in das Zellinnere, da auch kleinste Strukturen erkannt werden können, die mit klassischen optischen Verfahren nicht auflösbar sind.

Mit Gated Sted zur Höchstauflösung

„Mit Gated Sted, der neusten Entwicklung im Bereich Höchstauflösung, hat Leica Microsystems den nächsten Meilenstein in diesem sich rasant entwickelnden Forschungsfeld genommen“, erläutert Dr. Jochen Sieber, Produktmanager für Super-Resolution bei Leica Microsystems.

Forscher können damit in optischen Schnitten Details kleiner als 50 Nanometer studieren. Dies ermöglicht Ursachen von Krankheiten zu identifizieren und zu entschlüsseln. Die Sted-Mikroskopie bietet den großen Vorteil, dass diese Untersuchungen nicht nur in fixiertem totem Gewebe, sondern auch in lebenden Zellen vorgenommen werden können. Diese Entwicklungen wecken berechtigte Hoffnung auf eine gesündere Zukunft.

* Birgit Ladwig, Leiterin Photonik + Präzisionstechnik, Spectaris – Deutscher Industrieverband für optische, medizinische und mechatronische Technologien e.V., D-10117 Berlin, www.spectaris.de

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