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Revolutionieren Potsdamer die Krebsdiagnose?

Vom Weltall in den menschlichen Körper Revolutionieren Potsdamer die Krebsdiagnose?

Von Potsdamer Astrophysikern entwickelte neuartige Spektrografen machen ganz neue Blicke ins Universum möglich. Milliarden von Lichtjahren entfernte Galaxien werden sichtbar. Im Verbund mit Unternehmen wollen die Wissenschaftler jetzt aber noch ganz andere Perspektiven etwa in der Medizintechnik eröffnen.

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Mit Hilfe des Spektografen „Muse“ wird eine dreidimensionale Ansicht des Sternennebels Orion erzeugt.

Quelle: ESO

Potsdam. Ende des vergangenen Jahres fuhr der von Potsdamer Astrophysikern entwickelte 3-D-Spektrograf „Muse“ noch Lorbeeren für spektakuläre Perspektiven in die Tiefen des Kosmos ein. Installiert in einem Mega-Teleskop der Europäischen Südsternwarte auf einem Berg in Chiles Atacamawüste hatte der Detektor, der empfangenes Licht nach seinen Wellenlängen sortiert, Aufnahmen quasi aus der Kinderstube des Universums gemacht. Die internationale Astrophysik war begeistert über Bilder von Galaxien, die zwölf Milliarden Jahre alt und genauso viele Lichtjahre entfernt sind.

Vermutlich noch im Herbst des laufenden Jahres soll die gleiche Technologie in einem gemeinsamen Projekt mit der Privatwirtschaft tiefere Einblicke in einen vielleicht nicht minder faszinierenden Raum geben – den menschlichen Körper. Die Initiatoren wollen einen mit gleicher Verfahrensweise arbeitenden kleineren Bruder von Muse (Multi-Unit Spectroscopic Explorer) für die Blasenkrebsdiagnostik nutzen. Ein Nachbau eines der 24 in Muse integrierten Spektrografenmodule soll hier eingesetzt werden, um per Endoskop bei Blasenkrebsoperationen blitzschnell erkranktes von normalem Gewebe unterscheiden zu können.

Molekularer Gewebeaufbau sichtbar gemacht

Menschliches „Heute müssen in ähnlichen Fällen meist zwei Operationen gemacht werden“, sagt Martin Roth, der Initiator des Zentrums für faseroptische Spektroskopie und Sensorik am Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP). Zunächst entnommene Gewebeproben müssen heute erst vom Pathologen im Labor untersucht werden, bevor der Arzt im OP eine Entscheidung fällt. So wie der Spektrograf sonst Alter, Zusammensetzung und Lebensdauer von Sternen bestimmen solle, „wollen wir hier den molekularen Aufbau menschlichen Gewebes in einer Art dreidimensionaler Punkt-für-Punkt-Analyse identifizieren“, so Roth.

Mit im Boot ist unter anderem die Firma Oberon aus Wildau (Dahme-Spreewald), die faseroptische Spezialkomponenten für die minimalinvasive Lasermedizin produziert und hier vor allem für die mit Muse verbundene Endoskopie zuständig ist. Zertifiziert als Produzent medizinischer Produkte beliefert Oberon zahlreiche Kliniken – zum Teil auch im Ausland. „Als Hersteller von Photonik für Medizin und Lebenswissenschaften sehen wir in der Beteiligung an innovativen Forschungsprojekten sehr gute Chancen für die Zukunftsmärkte von Morgen, und damit auch für die Sicherung von Arbeitsplätzen in der Region“, so Geschäftsführer Andreas Wolf. Zudem ist noch einer der führenden Produzenten für Endoskope, Schölly-Fiberoptic in Denzlingen (Baden-Württemberg), integriert.

Sensibilität durch Kühlung

Die Muse-Technologie arbeitet mit Spektren aus 4000 unterschiedlichen Farbwerten eines Motivs (im Bild oben die verschiedenen Scheiben), die mit jeweils 80 000 einzelnen Bildpunkten erzeugt werden.

Um das vorhandene Hintergrundrauschen der Elektronik zu unterdrücken, werden die Komponenten des Detektors mit flüssigem Stickstoff auf eine Betriebstemperatur von minus 150 Grad

Das Vorhaben ist Bestandteil einer vom Bundesforschungsministerium mit 45 Millionen Euro geförderten Initiative „3-D-Sensation“. Hier sollen in verschiedenen Verbundprojekten mehrerer Partner Technologien entwickelt werden, um Maschinen durch dreidimensionale Darstellungsweisen wie bei Muse zu befähigen, komplexe Szenarien nicht nur abbilden sondern auch interpretieren zu können. Neben insgesamt etwa 40 Forschungseinrichtungen bundesweit sind noch einmal genauso viele Unternehmen von Siemens über BMW bis hin zu Zeiss integriert, die aus ganz spezifischen Gründen Interesse an mehrdimensionaler Sensorik haben. Schließlich könnten entsprechende Technologien einmal in den unterschiedlichsten Sparten genutzt werden – für den Maschinenbau genauso wie für fahrerlose Automobile oder auch optische Geräte.

In Potsdam sind mit Muse die Nutzungen in der Medizintechnik besonders weit fortgeschritten. Ein gemeinsames Projekt mit der Berliner Charité, das vom Bundesforschungsministerium gesondert mit 1,5 Millionen Euro gefördert wurde, hat bereits hervorragende Messergebnisse geliefert und die Machbarkeit des Verfahrens gezeigt.

Gewimmel von Schläuchen

Gewimmel von Schläuchen: Der in Chile installierte Spektrograf Muse muss speziell gekühlt werden.

Quelle: European Southern Observatory

Die für die Astrophysik konzipierte sogenannte „Multiplex-Raman-Spektroskopie“ von Muse wurde dabei auf spezielle Hautkrebs-Diagnosen außerhalb des Körpers übertragen. Dabei werden die von der untersuchten Hautstelle aufgefangenen Lichtwellen fraglicher Zellenstrukturen per angeschlossener Glaserfaserleitung zu einer bildgebenden Datenverarbeitung geleitet und dort analysiert. Nach der erfolgreichen Validierung des Verfahrens steht nun als nächstes Ziel die Entwicklung eines Prototypen, der für die klinische Erprobung geeignet ist.

Von Gerald Dietz

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