Alzheimer: Blick ins Auge für die Früherkennung

Alzheimer ist zwar nach wie vor unheilbar, aber wenn die Erkrankung früh genug erkannt wird, können Gegenmaßnahmen die Prognose verbessern und Patienten länger beschwerdefrei halten. Leider gibt es aber noch keine zuverlässige Früherkennung. Das könnte sich in Zukunft mit einer nicht-invasiven, spektroskopischen Untersuchung der Netzhaut ändern.

Im Interview mit MEDICA.de erklären Dr. Izabella Jahn und Dr. Clara Stiebing die Funktionsweise der Raman-Spektroskopie, wo ihre Vorteile gegenüber anderen optischen Untersuchungsmethoden liegen und wie sie bei der Früherkennung von Alzheimer helfen könnte.

Frau Dr. Jahn, Frau Dr. Stiebing, wie funktioniert Raman-Spektroskopie?

Dr. Izabella Jahn: Raman-Spektroskopie basiert auf der Anregung von Molekülschwingungen. Dabei wird Licht von Molekülen inelastisch gestreut. Das heißt, es findet ein Energieaustausch zwischen Licht und Materie statt. Zur Anregung benutzt man einen Laser im sichtbaren bis nahinfraroten Bereich. Jede Molekülbindung hat eine charakteristische Schwingung und somit auch eine eigene Raman-Bande. Am Ende wird ein Raman-Spektrum aufgenommen, das umfassende molekulare Informationen über eine Probe enthält. Die Spektren werden deshalb auch als „molekularer Fingerabdruck“ bezeichnet.

Dr. Clara Stiebing: Mit Raman-Spektroskopie können wir die biochemische Zusammensetzung von Proben untersuchen. Bei Gewebeproben erhalten wir umfassende Informationen über vorhandene Lipide und Proteine, aber auch Nukleinsäuren, Pigmente und Kollagene.

Sie haben die Raman-Spektroskopie eingesetzt, um Netzhaut-Gewebe zu untersuchen. Was für Informationen erhalten Sie dabei?

Stiebing: Das sind vor allem Informationen über Proteine. Wir können aber auch Rhodopsin erkennen, das Sehpigment in den Stäbchen der Netzhaut. In einer früheren Publikation haben wir gezeigt, dass wir bei menschlichen Netzhäuten ex vivo auch die Fovea identifizieren können. Das ist der Bereich des schärfsten Sehens, der sogenannte Gelbe Fleck, der eine große Menge von Carotinoiden enthält.

Sie untersuchen im MOON-Projekt zusammen mit der Medizinischen Universität Wien, ob Sie biochemische Veränderungen der Netzhaut als ein frühes Anzeichen für Alzheimer feststellen können. Wie erkennen Sie den Unterschied zwischen gesundem und verändertem Gewebe?

Jahn: Die Unterschiede im spektralen Bereich sind sehr gering und mit bloßem Auge fast nicht erkennbar. Deshalb arbeiten wir mit chemometrischen Algorithmen, um diese Unterschiede festzustellen. Diese Algorithmen sollen in einem mathematischen Modell die Proben klassifizieren.

Stiebing: Vereinfacht gesagt, könnte die Aussage in einem Modell lauten: „Wenn ein bestimmtes Protein hier häufig exprimiert wird, ist das eher ein gesundes oder ein verändertes Gewebe.“ Basierend auf den Algorithmen würde das Gewebe dann klassifiziert.

Wo liegt der Vorteil gegenüber anderen Analysemethoden?

Stiebing: Raman-Spektroskopie funktioniert ohne jegliche Färbung, im Gegensatz etwa zur Fluoreszenzspektroskopie. Wir können auch die typische histologische Färbung an Ex-vivo-Schnitten umgehen und konnten zeigen, dass wir in Gewebequerschnitten die verschiedenen Netzhautschichten identifizieren können. Somit ist die Raman-Spektroskopie eine Methode, die man auch direkt am Patienten, in vivo, anwenden kann.

Im Vergleich zu anderen Untersuchungsmethoden der Netzhaut liefert die Raman-Spektroskopie auch zusätzliche, breit gefächerte biochemische Informationen, während bisherige Untersuchungsmethoden wie die Optische Kohärenztomografie (OCT) hauptsächlich morphologische Informationen liefern. Mit der Raman-Spektroskopie können Mediziner somit Informationen erhalten, die ihnen noch nicht zur Verfügung stehen.

Woher kommt die Idee, damit überhaupt die Netzhaut zu untersuchen?

Jahn: In der Literatur wird behauptet, dass es besonders im frühen Stadium von Netzhauterkrankungen schon zu biochemischen Veränderungen kommt, die strukturell noch keine Veränderung hervorrufen. Die Raman-Spektroskopie liefert Informationen über die biochemische Zusammensetzung der Gewebe. Daher könnte sie eine Methode sein, die diese Veränderungen sichtbar machen kann. Die Netzhaut ist, ähnlich dem Gehirn, aus Nervengewebe aufgebaut und über den Sehnerv direkt mit dem Gehirn verbunden. Die Hypothese ist daher, dass sich neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer damit auch in der Netzhaut manifestieren, wofür sich in der Literatur die Beweise verdichten.

Deshalb war die Idee des MOON-Projekts, die Vorteile der bereits etablierten OCT mit der Raman-Spektroskopie zu verbinden, um ein umfangreiches Bild der Netzhaut erstellen zu können.

Es wird jetzt ein Gerät zur Kombination von OCT und Raman-Spektroskopie entwickelt. Wie sind Sie am weiteren Fortgang beteiligt?

Stiebing: Unsere Projektpartner in Wien beantragen im Moment die Zulassung des Geräts, die hoffentlich auch zeitnah eine Zusage erhält. Dann können erste In-vivo-Untersuchung an Menschen durchgeführt werden. Hier arbeiten wir natürlich weiterhin eng zusammen und stellen die Expertise in der Evaluation der Raman-Daten zur Verfügung. Das wird hoffentlich auch Aufschluss über den diagnostischen Nutzen bringen.