Präzisere Krebschirurgie durch innovative Laser-Bildgebung

Durch innovative optische Methoden könnte die Krebschirurgie bald deutlich effizienter und gewebeschonender werden. Das Leibniz-Institut für Photonische Technologien e. V. (Leibniz-IPHT) hat in Zusammenarbeit mit der Firma Grintech und der Klinik für Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde am Universitätsklinikum in Jena eine neue Lasersonde für Tumor-Operationen entwickelt.

Im Gespräch mit MEDICA.de erklären Prof. Jürgen Popp und Dr. Tobias Meyer-Zedler, wie die Lasersonde das Tumormanagement optimiert.

Herr Prof. Popp, Herr Dr. Meyer-Zedler, wie unterscheidet sich Ihre neue Sonde von bestehenden Technologien in der Krebschirurgie?

Prof. Jürgen Popp: Unsere Zielsetzung ist es, Medizinerinnen und Medizinern ein Werkzeug an die Hand zu geben, das Tumore während einer Operation in Echtzeit sichtbar macht. Der entscheidende Vorteil unseres Verfahrens liegt darin, dass wir optische Methoden verwenden, die Tumorgewebe und gesunde Bereiche präzise unterscheiden können. Das geschieht durch die Analyse molekularer Schwingungen und spezifischer Fluoreszenzsignale aufgrund natürlich im Gewebe vorkommender Fluorophore, wodurch Tumorränder klar abgegrenzt werden können. Die Chirurgin oder der Chirurg sieht also genau, wo geschnitten werden muss, um so viel gesundes Gewebe wie möglich zu erhalten.

Welche optischen Methoden kommen zum Einsatz?

Popp: Wir nutzen nichtlineare optische Methoden mit gepulsten Lasern. Diese Laserpulse können Molekülschwingungen im Gewebe anregen, was uns verrät, wo Proteine, Lipide oder Zellkerne liegen. Darüber hinaus setzen wir Zwei-Photonen-Auto-Fluoreszenz und die Erzeugung der zweiten Harmonischen ein, um spezifische natürlich im Gewebe vorkommende Enzyme oder Proteine wie NADH oder Kollagen sichtbar zu machen. Diese Verfahren liefern uns eine Vielzahl an chemischen und morphologischen Bildinformationen, die weit über das hinausgehen, was in der heutigen Endoskopie mit herkömmlicher Weißlichtbildgebung möglich ist.

Welche Rolle spielt künstliche Intelligenz bei der Bildauswertung?

Dr. Tobias Meyer-Zedler: Die von uns erzeugten Bilder enthalten eine enorme Datenmenge, die mit bloßem Auge nur schwer zu interpretieren ist. Hier kommt KI ins Spiel: Durch tiefe Lernverfahren und neuronale Netze analysieren wir die Bilddaten in Echtzeit. Ein Algorithmus erkennt anhand eines trainierten Modells, wo sich Tumorgewebe befindet, und zeigt der Chirurgin oder dem Chirurgen sofort die relevanten Bereiche an. Aktuell erweitern wir unsere Datenbasis auf 200 Patientinnen und Patienten, um die Algorithmen weiter zu optimieren und die Diagnostik zu präzisieren.

Könnte der Laser auch zur Tumorentfernung eingesetzt werden?

Meyer-Zedler: Tatsächlich ja. Unser Endoskop kombiniert Diagnose und Therapie. Nachdem die Bildanalyse Tumorgewebe identifiziert hat, kann ein spezieller Femtosekunden-Laser gezielt dieses Gewebe abtragen. Das ist ein hochpräzises Verfahren, das subzelluläre Strukturen gezielt entfernt, ohne umliegendes Gewebe zu schädigen. Im Gegensatz zur herkömmlichen CO₂-Laserschirurgie entsteht dabei kaum Hitze, wodurch das Gewebe nicht verbrannt, sondern direkt in einen gasförmigen Zustand überführt wird. Dadurch ist die Methode besonders schonend und präzise.

Wird der chirurgische Schnitt in Zukunft automatisiert?

Popp: Momentan erfolgt der Schnitt noch händisch oder mit einem CO₂-Laser. Allerdings gibt es bereits robotergestützte Systeme wie das Da Vinci-System, bei dem Chirurgin oder Chirurg an einer Konsole operiert. Unsere Vision ist es, unsere Lasersonde in solche Robotiksysteme zu integrieren. Dadurch könnte man den Abstand zur zu behandelnden Stelle optimal steuern und noch präziser arbeiten. Letztlich würde dies die chirurgischen Möglichkeiten erheblich erweitern und die Patientenversorgung weiter verbessern.

Wann könnte die Technologie in der Klinik zum Einsatz kommen?

Popp: Derzeit testen wir die Sonde an Gewebeproben und arbeiten an der klinischen Implementierung. Die Zulassung für den Einsatz am Menschen ist in Europa strenger reguliert als in den USA, aber wir hoffen, innerhalb der nächsten sechs bis neun Monate die erforderlichen Genehmigungen zu erhalten. Dann könnte das Verfahren erstmals bei Menschen mit Kopf-Halstumoren angewendet werden.