Tumorentfernung: dreifache Bildgebung für eindeutige Diagnostik

Viele Patienten müssen nach einer Tumorentfernung erneut in die Klinik kommen und sich einer weiteren Operation unterziehen. Der Grund: Der Tumor konnte nicht eindeutig identifiziert und daher nicht vollständig entfernt werden. Das ist nicht nur ethisch, sondern auch finanziell problematisch. Mit einem neuen operationsbegleitenden Gerät sollen Tumoren schnell und treffsicher aufgespürt werden.

Im Interview mit MEDICA.de erklärt uns Prof. Jürgen Popp, warum bei der klassischen Schnellschnitt-Diagnostik häufig Tumorgewebe übersehen wird, welche drei Bildgebungstechniken das neue Diagnostikverfahren kombiniert und wie die Krebsversorgung in zehn Jahren aussieht.

Prof. Popp, wie läuft die Entfernung eines Tumors herkömmlicherweise ab? Inwiefern gibt es hier Verbesserungsbedarf?

Prof. Jürgen Popp: Ich möchte mich hier insbesondere auf den Kopf-Hals-Bereich beziehen. Ein ausgebildeter Tumor ist für den Operateur relativ einfach zu identifizieren und zu entfernen. Das größere Problem ist, den Tumorrand zu erkennen. Im Kopf-Hals-Bereich kommt es durch verschiedene Umwelteinflüsse – also Ernährung, Alkoholkonsum oder Rauchen – oftmals auch zu Entzündungen um den Tumor oder an anderen Stellen der Schleimhaut. Diese sind von einem entstehenden Tumor schwierig zu unterscheiden. In vielen Fällen wird daher eine Schnellschnitt-Diagnostik gemacht. Dafür werden Biopsien genommen, schockgefroren, geschnitten und Hämatoxylin-Eosin-(HE)-gefärbt. Die Wahrscheinlichkeit, dass wir bei der klassischen Schnellschnitt-Diagnostik Tumorgewebe übersehen, ist jedoch groß. Das liegt daran, dass diese Art der Färbung am gefrorenen Material nicht so gut ist wie die, die in einer Histopathologie gemacht wird. Bei dieser wird nämlich die Biopsie in Formalin eingebettet, bevor sie geschnitten und gefärbt wird. Diese Einbettung in Formalin führt zu ganz anderen und besseren Färbeergebnissen. Allerdings muss die Biopsie dafür erst eingeschickt und in der Pathologie ausgewertet werden, was etwa zwei bis acht Tage dauert. Das führt leider dazu, dass ungefähr 15 bis 20 Prozent aller Patienten nach einer Tumorentfernung noch einmal in die Klinik kommen müssen, weil festgestellt wurde, dass noch Tumorgewebe vorhanden ist. Das ist zum einen natürlich eine enorme emotionale Belastung für den Patienten. Zum anderen vernarbt das Gewebe innerhalb von ein bis zwei Wochen nach dem Eingriff, was eine Lokalisierung des Tumorortes zusätzlich erschwert. Wir benötigen also eine Schnellschnitt-Diagnostik mit einer möglichst geringen Fehlerquote.

Genau das haben Sie mit Ihrem Verfahren entwickelt. Wie funktioniert dieses?

Popp: Wir sprechen hier vom sogenannten Multimodal-Ansatz. Nachdem wir die Biopsie entnommen, schockgefroren und geschnitten haben, sehen wir uns die einzelnen Schnitte unter einem Multimodalmikroskop an. Mit der Verwendung von Kurzzeitlaserpulsen sind wir in der Lage, dem Kliniker die notwendigen Informationen direkt zu liefern. Wir kombinieren dafür drei Bildgebungstechniken, um unterschiedliche morphologische, chemische oder biochemische Kontraste zu erzeugen. Mit der ersten Technik, der kohärenten Anti-Stokes-Raman-Streuung, können wir molekularen Kontrast erzeugen und damit beispielsweise die Verteilung von Lipiden, Proteinen oder der DNA sichtbar machen. Als zweites verwenden wir die Zwei-Photonen-Fluoreszenz, die uns bestimmte Enzymverteilungen zeigt. So kommen beispielsweise Flavine wie FAD erhöht in Tumoren oder Tumorrändern vor. Der dritte Kontrastmechanismus ist die zweite Harmonische, mit der wir das Kollagen sichtbar machen können. Kollagen ist im Gewebe rund um den Tumor vorhanden und für die Zellsteifigkeit verantwortlich. Mit allen drei Verfahren bekommen wir dann dieses Multimodalbild, welches wir entsprechend interpretieren können.

Wie erfolgt diese Interpretation? Wie werden die Bilder ausgewertet?

Popp: Wir verfolgen im Grunde zwei Ansätze: Der eine Ansatz ist der, dass wir mithilfe von Künstlicher Intelligenz und zusammen mit dem Pathologen das gesunde vom erkrankten Areal unterscheiden. So können wir dann den Tumorrand genau identifizieren.

Bei der anderen Auswertetechnik übersetzen wir unser Multimodalbild in histochemische Färbungen. Wir müssen die Schnitte nicht – wie bei der Schnellschnitt-Diagnostik oder in der Pathologie üblich – einfärben, sondern können einen HE-Schnitt aus unserem Multimodalbild berechnen. Der Pathologe muss also nicht einmal vor Ort sein, um sich den Schnitt anzuschauen, den Tumor beziehungsweise Tumorrand zu identifizieren und Aussagen darüber zu treffen, an welchen Stellen das Gewebe gesund, vom Tumor befreit oder noch befallen ist. Das funktioniert über Telemedizin. Dementsprechend kann der Operateur dann direkt handeln und nachschneiden. Das sind beides ex-vivo-Methoden, die wir momentan verfolgen.

Welche Möglichkeiten bietet die Technologie denn noch außer dieser ex-vivo-Diagnostik?

Popp: Momentan nutzen wir die Methode nicht direkt am Patienten, sondern neben dem Operationssaal. Perspektivisch möchten wir aber von der Herausnahme einer Biopsie aus dem Körper des Patienten wegkommen und die Methode in-vivo verwenden. Dazu würde der Operateur mit einer Sonde in das Areal hereingehen, um das kranke vom gesunden Gewebe zu unterscheiden. Allerdings müssten wir dafür noch an der Eindringtiefe unseres Verfahrens arbeiten.

Eine weitere Vision von uns ist es, die Technologie nicht nur für die Diagnostik, sondern direkt für die Therapie zu nutzen, indem wir beispielsweise mit dem CO₂-Laser den Tumor unmittelbar nach der Identifikation herausschneiden. Wir könnten uns auch vorstellen, das Herausschneiden des Tumors mit dem Laser durch eine Ablation zu ersetzen. Bei dieser wird der Tumor schichtweise entfernt. In diesem Bereich muss jedoch noch einiges an Forschung betrieben werden.

Wie wird Ihrer Meinung nach die Krebsversorgung in zehn Jahren aussehen?

Popp: Die Anzahl der Krebspatienten wird definitiv nicht kleiner werden. Die Weltbevölkerung wächst, die Menschen werden immer älter, und im Zuge dessen werden auch die Krebserkrankungen zunehmen. Somit steigt auch der Bedarf an medizinischer Diagnostik und Therapie. Hier reicht es nicht, unsere bisherigen Methoden eins zu eins zu übernehmen. Wir müssen deutlich schneller und effizienter werden, und genau das verspricht unsere Technologie. Unsere Hoffnung ist, dass viel mehr optische Methoden eingesetzt werden, um verschiedene Arten von Tumoren zu überwachen – nicht nur im Kopf-Hals-Bereich, sondern auch bei Gehirn- oder Blasentumoren, Prostatakrebs, Darmkrebs und so weiter. Wann das Ganze neben der ex-vivo-Diagnostik auch in-vivo möglich sein wird, ist meiner Meinung nach vor allem eine Frage der Förderung. Die Forschung beschäftigt sich bereits intensiv mit diesem Thema. Der Trend geht genau in diese Richtung.