Klinische Raman-Spektroskopie Innerhalb der letzten Jahre hat die AG Popp signifikante Fortschritte bei der Umsetzung von Raman-Ansätze in klinische Routineanwendungen mit Schwerpunkt auf Krebs und Infektionskrankheiten erzielt. Intraoperative Krebsdiagnostik So konnte die AG Popp zeigen, dass die lineare und nicht-lineare Raman-Spektroskopie ein perfektes Werkzeug für die markierungsfreie intraoperative histopathologische Untersuchung von Gewebe darstellt. Ein Schwerpunkt bildet dabei die Erforschung eines multimodalen nichtlinearen Bildgebungsansatz, der die kohärente AntiStokes-Raman-Streuung (CARS), Zwei-Photonenangeregte Autofluoreszenz (TPEF) und die Erzeugung der zweiten Harmonischen (SHG) kombiniert. In Ex-vivo-Studien konnte gezeigt werden, dass dieser Ansatz das Potenzial hat, Tumorgewebe und den Erfolg einer Operation direkt im Operationssaal zuverlässig zu beurteilen. Um diesen Bildgebungsansatz auch in-vivo einsetzten zu können, hat die AG Popp eine neuartige piezogesteuerte, distal scannende Fasersonde für die nichtlineare multimodale spektroskopische Bildgebung entwickelt (siehe Abb. 2; [4]). Das Herzstück dieses Faser-ScanningEndoskops ist eine eigens entwickelte, neuartige optische Faser für die Übertragung des CARSFaserlasers, eine Singlemode-Doppelkern-Doppelmantel-Faser (DCDC) aus reinem Quarzglas. Dieser Fasertyp vermeidet die Erzeugung eines störenden Vier-Wellen-Mischung Hintergrundsignals. Neben der DCDC-Faser ist das zweite Schlüsselelement der endoskopischen Plattform ein speziell entwickeltes endomikroskopisches Objektiv mit einer numerischen Apertur von 0,55 und einem Sichtfeld von 180 µm. Die erforschte Sonde bringt die CARS/TPEF/SHG-Technologie nahe an die Bedürfnisse einer medizinischen Anwendung heran. Infektionskrankheiten Infektionskrankheiten gehören weltweit zu den häufigsten Todesursachen. Um die Überlebungschancen von Patienten bei einer Infektionskrankheit zu verbessern, ist eine schnelle und sichere Diagnostik der Infektionserreger essenziell. In den letzten Jahren konnte die AG Popp zeigen, dass die Raman-Spektroskopie eine vielversprechende Methode darstellt, Pathogene zu identifizieren sowie deren Antibiotika-Resistenz zu bestimmen. Eine weitere wichtige Fragestellung im Rahmen einer zeitnahen Diagnose und Therapie von Infektionskrankheiten ist die Bestimmung der Wirtsantwort der Erreger. In enger Zusammenarbeit mit der AG Neugebauer konnte erfolgreich gezeigt werden, dass die pathogenspezifische Aktivierung mittels der Raman-Spektroskopie erfasst werden kann [5]. Im Rahmen einer klinischen Studie gelang es durch eine Analyse der Raman-spektroskopischen Fingerabdrücke von Leukozyten aus dem Blut von Patienten zwischen Entzündungen, Infektion und Sepsis zu unterscheiden [6]. Diese Arbeiten eröffnen neue Wege für klinisch diagnostische Anwendungen im Sinne einer zeitnahen personalisierten Therapie. Um die Fortschritte dieser Forschung schneller beim Patienten ankommen zu lassen, konnte im Rahmen der Ausschreibung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) für Nationale Roadmap für Forschungsinfrastrukturen das „Leibniz Zentrum für Photonik in der Infektionsforschung (LPI)“ (https://lpi-jena.de) eingeworben werden, dessen Aufbau das BMBF mit 124 Mio. Euro fördert. Das LPI wird als nationale und internationale nutzeroffene Translationsinfrastruktur für neuartige photonische Lösungen in der Infektionsforschung etabliert werden und seinen Nutzern zukünftig Zugang zu einer herausragenden Infrastruktur, die es ihnen ermöglicht, innovative Verfahren für Diagnose, Monitoring und Therapie von Infektionskrankheiten entlang der LPI-Service-Pipelines bis hin zum zertifizierten oder sogar in klinischen Phasen erprobten Produkt zu realisieren (siehe Seite 37). [4] Pshenay-Severin E., Bae H., Reichwald K. et al. (2021): Multimodal nonlinear endomicroscopic imaging probe using a double-core doubleclad fiber and focus-combining micro-optical concept. Light: Science & Applications, DOI 10.1038/s41377-021-00648-w. [5] Arend N., Pittner A., Ramoji A. et al. (2020): Detection and Differentiation of Bacterial and Fungal Infection of Neutrophils from Peripheral Blood Using Raman Spectroscopy. Anal. Chem. DOI 10.1021/ acs.analchem.0c01384 [6] Ramoji A., Thomas-Rüddel D., Ryabchykov O. et al. (2021) Leukocyte Activation Profile Assessed by Raman Spectroscopy Helps Diagnosing Infection and Sepsis. Critical Care Explorations, DOI 10.1097/ CCE.0000000000000394. Abb. 2 Links: Multimodale Fasersonde zur Aufnahme von morphochemischen Gewebebildern. Rechts: Multimodales CARS/SHG/TPEF-Bild vom Hausschwein (rot: CARS, grün: TPEF, blau: SHG). Bild: Leibniz IPHT/Sven Döring FORSCHUNG — 93
RkJQdWJsaXNoZXIy OTI3Njg=