Verschränkte Photonenpaare für die Krebsdiagnostik

Da sich Krebs nicht verhindern lässt, muss er frühzeitig und differenziert erkannt werden, um schnell eingreifen und heilen zu können. Gewebe­schnitte von Patienten schnell zu analysieren ist entscheidend für die klinische Krebs­diagnostik. Damit dies gelingt, muss die Präparations­zeit wegen der vielen zu untersuchenden Schnitte verkürzt werden. Ziel ist es, die Tumorzellen mit höchster Zuver­lässig­keit nachzuweisen – vorzugs­weise ohne Färbung und binnen kürzester Messzeit. Unter Laborbedingungen wurde mittlere Infrarot­strahlung, kurz MIR, dafür bereits erfolgreich eingesetzt. Jedoch sind die der­zeitigen Messzeiten für eine schnelle Diagnose viel zu lang. Daher sind eine Validierung und ein routine­mäßiger Einsatz in Kranken­häusern bislang nicht möglich. Den MIR-Ansatz auf die klinische Diagnostik zu übertragen, bleibt daher heraus­fordernd, da der Einsatz von MIR-Licht technisch anspruchs­voll ist. Das betrifft sowohl die Erzeugung als auch den Nachweis in der Anwendung.

Im Projekt „Quantum‐Enhanced Early Diagnostics” QEED, das vom Bundes­ministerium für Bildung und Forschung im Rahmen des Programms „Quanten­techno­logien – von den Grundlagen zum Markt“ gefördert wird, bündeln zehn Partner aus Forschung und Industrie ihre Kompetenzen. Gemeinsam wollen sie in einem neuartigen Ansatz die Voraus­setzungen schaffen, um Krebs schneller erkennen und bekämpfen zu können. Wissen­schaftler am Ferdinand-Braun-Institut werden die benötigten Hoch­leistungs­dioden­laser bei 1170 und 720 Nanometern in einer „Master Oscillator Power Amplifier“-Konfigu­ra­tion realisieren. Diese MOPAs werden dann in eine eigens entwickelte neuartige Technologie­plattform zu Quanten­licht­modulen integriert. Anschließend montiert das Entwicklungs­zentrum des FBH diese Module gemeinsam mit den Komponenten der Projekt­partner in das fertige QEED-System.

Im Projekt sollen Mess­infor­ma­tionen aus dem klinisch relevanten MIR-Bereich in den gut detek­tier­baren Nahinfra­rot­bereich übertragen werden. Dazu wird ein neuartiges spektral aufgelöstes Bildgebungs­verfahren entwickelt, das auf verschränkten Photonen­paaren beruht. Die QEED-Mikroskopie nutzt dazu eine Quanten­sensor­technologie, mit der Gewebeproben markierungs­frei untersucht werden sollen. Die Messzeit für ein Bild mit zehn Megapixeln soll sich dabei auf nur zwei Minuten verkürzen. Durch die einfache Präparation kombiniert mit einer schnellen Messung ist ein hoher Proben­durchsatz möglich – und damit erstmals eine Integration in klinische Arbeits­abläufe.

Von dieser Entwicklung profitieren Patienten, da Biopsie­proben künftig schneller und zuver­lässiger diagnos­tiziert werden können. Darüber hinaus soll der Ansatz dazu beitragen, den Anteil der falsch negativen und falsch positiven Ergebnisse zu minimieren. Dadurch soll auch die Bereitschaft von Patienten steigen, an Vorsorge­unter­suchungen teil­zu­nehmen.

Auf der Basis innovativer ultra­heller Photonen­paar-Quellen und der darauf abgestimmten Messung und Analytik sind verschiedene Demonstra­toren geplant – für die biomedi­zinische Forschung und für die klinische Routine mit einer integrierten Fluoreszenz­einheit zur auto­mati­sierten Pathologie. Darüber hinaus entwickeln die Partner die neuartigen Module für das QEED-System als unabhängige Komponenten zu eigen­ständigen Produkten weiter.

FBH / RK

Weitere Infos

• Projekt QEED – Quanten-Licht für eine neue Bildgebung zur frühen und differenzierten Erkennung von Biomarkern in der personalisierten Medizin, VDI Technologiezentrum GmbH, Düsseldorf
• Quantenlicht-Module, Photonik, Ferdinand-Braun-Institut – Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik, Berlin