Laser für die Nanomedizin

Fehlsichtigkeit korrigieren oder schwarzen Hautkrebs erkennen kann ein modifizierter Femtosekundenlaser. Darüber hinaus stellt er ein effektives Werkzeug für die Nano-Lasermedizin dar: Mit ihm lassen sich etwa Gene per Licht in Zellen transferieren. Der neue, mit 5 000 Euro dotierte Technologiepreis wird am 19. Oktober anlässlich der Jahrestagung der Fraunhofer-Gesellschaft in Magdeburg verliehen.

Ohne Brille oder Kontaktlinsen scharf zu sehen, ist für 64 Prozent der Deutschen unmöglich. Jeder zweite kurz- oder weitsichtige Erwachsene käme für eine Laser-OP in Frage. Seit kurzem setzt die Medizin dafür verstärkt auf Femtosekundenlaser. Dieser lässt sich durch das Gewebe direkt auf den Arbeitsbereich fokussieren. Das spart Zeit und verbessert den Heilungsprozess. Nachteil: Eine Reststrahlung durchdringt das Auge bis zur Retina – Sehstörungen können die Folge sein. Karsten König und sein Team vom Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik IBMT im saarländischen St. Ingbert arbeitet daran, diese Nebenwirkungen auszuschalten. „Wir versuchen, Gewebebestandteile bei sehr geringen Pulsenergien von wenigen Nanojoule schonend und sehr präzise abzutragen“, erklärt König. Das gelingt mit einem stark modifizierten Femtosekunden-Lasersystem. Es arbeitet mit sehr hoher Pulsfolge und kann seinen Strahl mittels einer Präzisionsoptik von Zeiss sehr genau fokussieren.

Das Lasersystem eröffnet den Einstieg in die Nano-Laser-Medizin, ein neuer Zweig, bei dem es um Diagnose und Therapie einzelner Zellen geht. Je nach eingesetzter Laserleistung und Optik ist das System zum einen eine Art „Femtoskop“, das Einblicke in lebendes Gewebe eröffnet, die tausendmal genauer sind als mit den besten Computertomographen. Zum anderen ist es ein präzises Werkzeug: Dem Forscherteam gelang der kleinste Schnitt der Welt in lebendem Gewebe – mit 70 Nanometern Breite. Das wiederum eröffnet neue Möglichkeiten: Gentransfer per Licht. Dabei wird mit ultrakurzen Laserpulsen fremdes Erbgut in lebende Zellen eingeschleust, ohne die Zellen zu zerstören. „Auf diese Weise können wir pharmazeutische Wirkstoffe oder Gene in einzelne Zellen einbringen“, betont König. Mit seiner „Technik für den Menschen“ erhält er den neu gestifteten Technologiepreis.

Die erste Anwendung – Diagnose und Therapie des schwarzen Hautkrebses – wurde gemeinsam mit Dermatologen der Universitätsklinik Jena umgesetzt. Das „Femtoskop“ macht die Zellschichten der Haut sichtbar. Per Mustervergleich werden kranke Zellen diagnostiziert. Zukünftig könnten Ärzte mit demselben Gerät auch therapieren: Die kranke Zelle wird mit erhöhter Laserleistung bestrahlt und abgetötet. Nach einer Zulassung des Verfahrens könnten Biopsien und langwierige histologische Untersuchungen zukünftig entfallen. Auch außerhalb der Medizin wäre ein Einsatz des Lasersystems denkbar: in der Chipfertigung. Denn mit den hochpräzisen Lasern lassen sich Strukturen in Silizium erzeugen, die kleiner als 100 Nanometer sind.