Forschung mit Haut und Lasern

Normalerweise trennen Mediziner und Physiker Welten. Die einen haben mit Körpern zu tun, die anderen mit Festkörpern. Bei den einen kann eine Fehlerquote von weniger als 50 Prozent einen Erfolg bedeuten, bei den anderen ist sie eine Katastrophe. Nun haben beide eine gemeinsame Vision: Im Forschungsvorhaben „HautScan“ wollen Wissenschaftler der Charité und der TU Berlin in Zusammenarbeit mit dem Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik, ihre Welten verzahnen und medizinische Forschung mit neuen Methoden der Optoelektronik verknüpfen. Die Einstein Stiftung fördert das Projekt als „Einstein-Forschungsvorhaben“.

Aufhänger ist das Hand-Fuß-Syndrom, ein Problem, das bei Krebspatienten häufig auftritt: Das Chemotherapeutikum Doxorubicin hat die Eigenschaft, erst durch die Haut auszutreten und dann wieder in sie einzudringen, wodurch es die Haut zerstört. Dies führt häufig zum Therapieabbruch.

„Die Idee ist nun, mit optischen Verfahren zu kontrollieren, wann diese Substanzen, die dem Körper appliziert wurden, wieder herauskommen, um dann festzustellen, wie man dagegen therapieren kann“, sagt Priv.-Doz. Dr. Bernd Sumpf, Physiker am Ferdinand-Braun-Institut. Eine derartige Methode hätte einen großen Vorteil: Sie ist nichtinvasiv, das heißt, durch sie erhielte man Informationen ohne Blutabnahme oder andere Eingriffe. Doch das liegt noch weit in der Zukunft, erst müssen die Grundlagen erforscht werden.

Im ersten Schritt wollen die Mediziner um Prof. Dr. Dr.-Ing. Jürgen Lademann an der Klinik für Dermatologie, Venerologie und Allergologie der Charité herausfinden, welche Substanzen genau zu messen sind. Sind sie bekannt, können die Physiker um Prof. Dr. Günther Tränkle, TU-Professor für Mikrowellen- und Optoelektronik und Direktor am Ferdinand-Braun-Institut, aktiv werden.

Sie haben das Wissen und die technischen Möglichkeiten, um hochpräzise Halbleiterlaser-Lichtquellen zu entwickeln, die für die sogenannte Raman-Spektroskopie nötig sind: So wie jeder Mensch einen eigenen Fingerabdruck besitzt, hat auch jede Substanz ein einzigartiges, charakteristisches Raman-Spektrum. Wenn man diese also mit einem Laser anregt, streut sie das Laserlicht entsprechend ihren typischen Schwingungen und Rotationen zurück und wird so sichtbar (Raman-Effekt).

Die Spezialisten für optische Systeme stehen hier vor zwei Herausforderungen: Sie müssen einerseits eine Lichtquelle entwickeln, die im grün-blau-farbenen Bereich strahlt. „Für unsere Messungen brauchen wir Lichtquellen mit Eigenschaften, die in diesem Wellenlängenbereich heute noch kein kommerzieller Laser bietet. Die Farbe des Lasers erreichen wir mit Hilfe der sogenannten nichtlinearen Frequenzkonversion“, so Dr. Sumpf. Außerdem will man ein kompaktes Messsystem konstruieren, das die Ärzte leicht mit sich führen können. Waren bisherige Apparaturen etwa schrankgroß, haben die Wissenschaftler nun Winziges im Sinn: Die Messsonde soll etwa die Größe eines Laserpointers haben, das Spektrometer und ein Netzteil in einem Aktenkoffer Platz finden.

Drei Jahre, so lange läuft das Projekt, haben die Berliner Wissenschaftler Zeit, sich dieser Forschung zu widmen. „Medizin und Physik zusammenzubringen ist eine große Chance. Wenn hieraus neue Verfahren und Geräte entstehen, profitieren alle: Wissenschaftler, Patienten und nicht zuletzt der Gesundheitsstandort Berlin“, betont Prof. Dr. Tränkle.