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Licht als Helfer der Medizin

17.10.2006 - (idw) Friedrich-Schiller-Universität Jena

Physikochemiker der Universität Jena publizieren neues Buch über "Laser, Licht und Leben" Jena (17.10.06) Bei der Diagnose von schweren Krankheiten wie Krebs stehen Ärzte vor einem Dilemma. Befindet sich die Krankheit in einem sehr frühen Stadium, ließe sie sich gut heilen. Allerdings lassen sich Tumore im Frühstadium nur sehr schwer diagnostizieren. Zudem ist die Gefahr der Fehldiagnose groß.

Auch bei sich schnell ausbreitenden Krankheiten wie Grippe, SARS oder Tuberkulose haben Mediziner ein zeitliches Problem. Sie können oft nicht schnell genug den Erreger identifizieren. In beiden Fällen können optische Technologien buchstäblich Licht in das Dunkel bringen. Dies beschreiben die Wissenschaftsjournalistin und Biologin Susanne Liedtke und der Physikochemiker Jürgen Popp von der Friedrich-Schiller-Universität Jena in ihrem Buch "Laser, Licht und Leben. Techniken in der Medizin" (ISBN 3-527-40636-0). Sie erläutern dabei eine Reihe vom Bundesforschungsministerium geförderter Projekte, bei denen der Einsatz von Licht zur Diagnose, Analyse und Behandlung von Krankheiten erforscht wird.

Die Autoren führen den Leser schrittweise zu den vielfältigen Möglichkeiten der Biophotonik, also jener wissenschaftlichen Disziplin, die sich mit der Anwendung von optischen Technologien in Biologie und Medizin beschäftigt. Dabei erleichtern sie ihm das Verständnis der komplizierten wissenschaftlichen Materie durch eine umfangreiche Darstellung der Erforschung des Lichts und seiner Anwendung. Die Jenaer Wissenschaftler erläutern auch für den interessierten Laien verständlich und anschaulich die unterschiedlichen wissenschaftlichen Auffassungen vom Licht - einschließlich der Theorien Albert Einsteins - und gehen ebenfalls auf biologische Aspekte wie den Aufbau der Zelle oder die Genforschung ein. Ergänzt wird dieser Teil durch eine kurze Darstellung von Techniken zum Einsatz von Licht für die Diagnose, die Wissenschaftler derzeit anwenden.

Wie Licht zur Krebsbehandlung eingesetzt werden kann, erläutert das Autorenduo am Beispiel eines Forschungsverbundes, der eine hochempfindliche optische Methodik zur Diagnostik von Darmkrebs entwickelt. Ansatzpunkt ist die Erkenntnis, dass eine auf der Schleimhaut sitzende Schicht von Eiweißmolekülen durchlässig wird, wenn die darunterliegenden Zellen zu Krebszellen entarten. Die Forscher versuchen nun, unterschiedlich große Kügelchen durch diese Schicht aus Eiweißmolekülen auf die Schleimhaut zu bringen. Diese Kügelchen sind mit einem Fluoreszenzstoff markiert und treffen nur dort auf die Schleimhaut auf, wo die Eiweißschicht durch die Krebszellen durchlässig geworden ist. Wird die Darmwand beleuchtet, kann der Arzt durch die fluoreszierende Wirkung der Kügelchen sehen, wo sie sich abgelagert haben und daraus auf das Stadium der Erkrankung schließen.

In Zeiten globaler Mobilität spielt das schnelle Erkennen von Mikroorganismen eine große Rolle. Die Kultivierung entsprechender Proben dauert aber meist lange, manchmal mehrere Tage. Zu lange, um die Ausbreitung einer Infektion beispielsweise durch Flugzeugpassagiere zu verhindern. Auch hier kann Licht helfen, wie Liedtke und Popp darstellen. Jenaer Wissenschaftler entwickelten im Verbund mit Forschern aus Freiburg und Stuttgart sowie mehreren Unternehmen ein Gerät, das mit Hilfe von Laserlicht Bakterien und Pilze schnell und einfach identifizieren kann. Dazu wurden Mikroorganismen zunächst einzeln mit Laserlicht bestrahlt, ihr charakteristisches Spektrum ermittelt und in eine Datenbank gegeben. Das Gerät kann nun anhand dieser Daten eine Probe mit Laserlicht anleuchten und mit Hilfe der Fluoreszenzmikroskopie die Spektren der darin enthaltenen Mikroorganismen ermitteln. Die computergestützte Auswertung dauert nur wenige Minuten. Und da die Probe bei der Diagnose nicht zerstört wird, kann sie weiter kultiviert werden, um die Messungen zu bestätigen oder beispielsweise Antibiotikaresistenzen zu ermitteln.

Auch diesem medizinischen Problem wenden sich die beiden Autoren zu. So erläutern sie Verfahren, die die schnelle Ermittlung von Antibiotikaresistenzen ermöglichen. Das ist unter anderem bei der Behandlung von Tuberkulose wichtig, die sich in den vergangenen Jahren selbst in Deutschland wieder ausbreitet. Aber gerade Tuberkuloseerreger haben bereits umfangreiche Resistenzen gegen Antibiotika entwickelt. Deshalb muss der Arzt sehr schnell ermitteln, welches Antibiotikum bei einem bestimmten Erreger überhaupt noch wirkt. Die Resistenz lässt sich anhand von Veränderungen im Erbgut des Erregers erkennen. Erfolg versprechend für die Diagnose ist daher der Einsatz so genannter smart probes. Das sind kurze Nukleinsäurefäden, die sich an ein Stück DNS anlagern, das ihrer komplementären Sequenz entspricht. Dabei geben sie einen Fluoreszenzfarbstoff frei, der die entsprechende Erbgutveränderung sichtbar macht.


Bibliographische Angaben:
Susanne Liedtke / Jürgen Popp: Laser, Licht und Leben - Techniken in der Medizin.
Verlag Wiley-VCH, Weinheim 2006. 204 Seiten, ca. 125 Abb., gebunden. 24,90 Euro. ISBN 3-527-40636-0

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