Optische Technologien: Das medizinische Multitalent Licht (1. Teil)

von Wiebke Heiss/MEDICA.de

Es ist ultraviolett, sichtbar und infrarot und wird in der Medizin eingesetzt. Mit Licht versuchen Forscher für mehr Durchblick in Labor, OP und Arztpraxis zu sorgen. Es ist die Grundlage für optische Technologien - zum einen, um sichtbar zu machen, was der Mensch nicht sehen kann, zum anderen, um zu therapieren.15.02.2009

Darth Vader aus der Science Fiction-Saga Star Wars ist ihm zwar unbekannt, aber die Idee eines Laserschwerts ist für Peter Hering vollkommen realistisch. Der Professor kennt sich schließlich mit dem Schneidepotential von Licht genau aus. Er ist Leiter des Instituts für Lasermedizin am Universitätsklinikum Düsseldorf und arbeitet an einem Gerät, das durch Knochen gleiten kann. Das ist eine Aufgabe, die einer Menge Fingerspitzengefühl bedarf. Zum einen sind Knochen nämlich ein irrsinnig hartes Material - doppelt so hart wie Granit und die Schmelztemperatur liegt bei 1300 Grad Celsius. Zum anderen sind sie gleichzeitig ein delikates, lebendes Gewebe, das noch nicht einmal Wärme über 42 Grad Celsius verträgt: Ab dieser Temperatur beginnen die stützenden Zellen zu sterben.

Diese speziellen Eigenschaften machen die seit Jahrhunderten benutzte OP-Säge zu einem gar nicht so idealen Instrument: Sie zerstört Knochenzellen auf ihrem Weg durch Sternum oder Schädeldecke nicht nur mechanisch, sondern auch durch einen Nebeneffekt: Wenn sich der Chirurg mit viel Kraft durch das steinharte Gewebe arbeitet, treibt ihm das vor Anstrengung auf der einen Seite den Schweiß auf die Stirn, auf der anderen aber auch die Reibungshitze in die Schnittränder – das Todesurteil für dort lebende Knochenzellen. Mit dem neuen Laser wird das laut Hering nicht mehr passieren, indem sich der Physiker eine weitere Eigenschaft von Knochen zunutze machte: Sie bestehen zu knapp einem Viertel aus Wasser.

Mikroexplosionen reißen Knochen mit

Glatter Schnitt wie aus dem
Nichts; © Peter Hering

Hering und sein Team konstruierten daher einen Laser mit einer ganz speziellen Wellenlänge, welche dieses Wasser extrem schnell erhitzt. „So schnell, dass es in kleinen Mikroexplosionen rausfliegt und das so schnell, dass es die Schnittkanten gar nicht erst erhitzen kann.“ Der nur wenige Nanosekunden lange Lichtpuls dringt dabei 20 Mikrometer tief in den Knochen ein und in der Tiefe reißen die winzigen Wasserblasen umliegendes Knochenmaterial mit sich fort. Punkt für Punkt arbeitet sich der Laser so durch das harte lebende Material. Das Resultat ist ein extrem dünner Schnitt, der mit 150 Mikrometer um einige Dutzend Mal schmaler ist als die fünf Millimeter breite Lücke, die eine moderne Säge hinterlässt. „Da passt so gerade mein Barthaar rein“, so der Professor.

Da man mit dem Laserschnitt berührungslos arbeitet, kann der Chirurg auch in Bögen schneiden. Das könnte laut Hering bei Herz-OPs zum Einsatz kommen. Bisher wurde der Brustkorb mit einem geraden Schnitt geöffnet und dann wieder mit Drähten relativ starr verdrillt. „Um die 40 Prozent der Patienten haben nach der konventionellen OP beim Atmen erhebliche Schmerzen. Die Angst ist dann groß, weil sie nicht wissen, ob der Schmerz vom Herzen kommt oder mit der Heilung zusammenhängt“, meint Hering. Ein geschwungener Schnitt in Sinusform könne die Heilung möglicherweise unterstützen. Die Theorie: Weil die Knochen sich dann von allein ineinander verhaken und sie sich beim Atmen frei hin und her bewegen können, heilen sie schneller. Hering: „Wir gehen davon aus, dass das besser funktioniert."

- 1. Teil: Das medizinische Multitalent Licht
- 2. Teil: Der Pathologe auf der Endoskopspitze
- 3. Teil: Zwei Photonen und die Forschung