Holographische Bildgebung optimiert die Medizintechnik mit Licht

Tief im Gehirn verbergen sich Hinweise auf Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson. Doch wie können diese Anomalien sichtbar gemacht werden, ohne Gewebeproben zu entnehmen? Die Lösung könnte in der holografischen Bildgebung durch einzelne, haardünne Glasfasern mit einem Durchmesser von 0,1 mm liegen. Diese innovative Methode wird nun durch hochentwickelte Lichtformungstechniken vorangetrieben, die hochauflösende, minimalinvasive medizinische Bilder ermöglichen werden.

Prof. Tomáš Čižmár, Leitung der Abteilung für Faserforschung und -technologie am Leibniz-Institut für Photonische Technologien, erforscht, wie Licht nicht nur beleuchtet, sondern Diagnostik auf eine neue Stufe hebt. Seine Arbeit zeigt das Potenzial holographischer Systeme, mikroskopische Strukturen detailreich darzustellen. 2024 wurde die DeepEn GmbH als Spin-off der Arbeitsgruppe Holographische Endoskopie am Leibniz-Institut für Photonische Technologien (IPHT) in Jena gegründet. Start-ups wie DeepEn setzen diese Entwicklung in die Praxis um und optimieren die Bildqualität und Datenanalyse für Forschung und Klinik. Gemeinsam treiben sie die nächste Generation der medizinischen Bildgebung voran, indem sie endoskopische Techniken mit holografischer Bildgebung kombinieren, um präzisere und weniger invasive Diagnosen zu ermöglichen.

Holographische Bildgebung nutzt die präzise Steuerung von Lichtmustern, um hochdetaillierte Bilder zu erzeugen – ein neuer Ansatz für Endoskopie und Mikroskopie. "In unseren Systemen verwenden wir fortschrittliche Algorithmen, um Licht durch komplexe Umgebungen zu leiten, z. B. durch Multimode-Glasfasern, und ermöglichen so hochauflösende Bilder in Bereichen, die mit herkömmlichen Optiken nicht erreicht werden können.", erklärt Prof. Cizmar. Mit haarfeinen Endoskopen erreicht die Technologie tief liegende Gewebestrukturen ohne größere Eingriffe.

Während die klinische Anwendung noch in der Entwicklung steckt, sieht Prof. Cizmar das größte Potenzial in der Neurowissenschaft. "Unser Hauptziel ist die Neurowissenschaft, insbesondere die Entschlüsselung der Geheimnisse des Gehirns und die Suche nach Strategien zur Bekämpfung schwerer Krankheiten wie Alzheimer oder Parkinson", sagt er. Ein langfristiges Ziel sei es, durch spektroskopische Verfahren lichtbasierte Biopsien zu ermöglichen – also chemische Kontrastbilder ohne Gewebeentnahme. Dies könne herkömmliche, zeitaufwendige histopathologische Untersuchungen ersetzen und die Diagnostik erheblich beschleunigen.

Während die Forschung an die Grenzen des Machbaren stößt, verwandelt DeepEn die hochkomplexe Lichtsteuerung aus der Spitzenforschung in eine zuverlässige Technologie für Routineanwendungen im Labor.

Das Unternehmen, eine Ausgründung des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien (IPHT), entwickelt hochauflösende Mikroendoskopie-Werkzeuge für die neurowissenschaftliche und biomedizinische Forschung. Seine NeuroDeep®-Plattform kombiniert holografische Bildgebung mit extrem dünnen Endoskopen zur minimalinvasiven Untersuchung von tiefem Gewebe und wird bereits in mehreren Laboren in Europa eingesetzt.

"Unsere Endoskope liefern eine subzelluläre Auflösung und ermöglichen die Überwachung der neuronalen Aktivität, was für die Erforschung von Krankheiten wie Parkinson von entscheidender Bedeutung ist", sagt Dr. Stergey Turtaev, CEO von DeepEn Imaging.

DeepEn arbeitet eng mit Forschungseinrichtungen zusammen, um die Technologie für klinische Anwendungen weiterzuentwickeln. Ein wichtiger Meilenstein ist, dass das EIC-Transition-Programm (European Innovation Council) Anfang 2025 einem starken Konsortium aus drei europäischen Forschungsinstituten und dem DeepEn Mittel für das dreijährige Projekt NeuroGate bewilligt hat. Das Förderprogramm der Europäischen Union unterstützt bei der Umsetzung von innovativen Technologien und Forschungsergebnissen in marktfähige Produkte und Dienstleistungen. Die Kooperation mit dem Leibniz-IPHT, dem Forschungszentrum Neuro-Electronics Research Flanders (NERF) und dem Institut für wissenschaftliche Instrumente der Tschechischen Akademie der Wissenschaften (ISI-CAS) treibt die Entwicklung holographischer Endoskopie für Forschung und klinische Anwendungen voran.

Von der Grundlagenforschung zur klinischen Anwendung – die holographische Bildgebung könnte die Diagnostik stark verändern. Durch gezielte Lichtmodulation und intelligente Datenverarbeitung lassen sich Krankheiten früher identifizieren und passgenau therapieren. Kooperationen zwischen Wissenschaft und Unternehmen wie DeepEn Imaging zeigen, wie Technologien, die in öffentlich-private Partnerschaften entwickelt werden, die Medizin der Zukunft gestalten werden.