Biophotonik-Forschung Auf dem Weg zur personalisierten Medizin

Sprecher:
Prof. Dr. Jürgen Popp
Öffentlichkeitsarbeit:
Dr.Marion Jürgens, Dr. Andreas Wolff
Institut für Photonische Technologien
Albert-Einstein-Str. 9, D-07745 Jena
Telefon 03641 - 206 035
Telefax 03641 - 206 044
Email info@biophotonik.org
Projektkoordination:
VDI-Technologiezentrum
Dr. Hasan Kar • kar@vdi.de
Prof. Dr. Hans-J. Schwarzmaier • schwarzmaier@vdi.de
Dr. Burkhard Krüger • krueger_b@vdi.de
Dr. Michael Geisler • geisler@vdi.de
VDI-Platz 1, D-40468 Düsseldorf
Telefon 0211 - 6214 401
Internet www.vdi-tz.de
http://www.biophotonik.org
Biophotonik-Forschung
Auf dem Weg zur personalisierten Medizin

Auf dem Weg zur personalisierten Medizin
Die Biophotonik-Forschung spürt mit modernsten
optischen Methoden den Lebensvorgängen
nach, um Volkskrankheiten wie Krebs in ihren
Ursachen zu verstehen, deren Anzeichen
früher zu erkennen und neue
hocheffiziente Therapiemethoden zu
entwickeln. Langfristig, so die Hoffnung,
könnten erste Warnzeichen
des Körpers so früh erkannt werden,
dass der Ausbruch einer Krankheit
ganz vermieden werden könnte. Das
Bundesforschungsministerium unterstützt
die gesellschaftlich wie wirtschaftlich
hochrelevante Fachdisziplin seit 2002 mit
einer Förderinitiative. Über die Grenzen der
klassischen Fachdisziplinen hinweg schaffen
Ärzte, Naturwissenschaftler und Technologen
neue Lösungen, die unsere Gesundheitsversorgung
schon bald verbessern sollen. Ihr gemeinsames
Werkzeug ist das Licht. Ein einzigartiges Werkzeug:
Berührungslos kann es Zellzustände erfassen und
überwachen, ohne sie zu stören. Schonend, schnell
und hochpräzise unterstützt es die medizinische
Diagnostik und Therapie. Welche Ergebnisse die
Biophotonik-Forschung mit Unterstützung des
BMBF bereits erzielen konnte und welche Ziele und
Visionen die Forscher darüber hinaus verfolgen, soll
vorliegende Broschüre illustrieren.
„Um neue Lösungen für
drängende medizinische
Probleme zu entwickeln,
müssen Forscher, Ärzte
und Unternehmen
von Beginn an eng
zusammenarbeiten.“
Prof. Dr. Jürgen Popp, Sprecher des
Forschungsschwerpunktes Biophotonik

Forschungsschwerpunkt Biophotonik Licht für die Gesundheit
Seit dem Jahr 2002 unterstützt die Bundesregierung die Biophotonik-Forschung mit einer Förderinitiative. Das multidisziplinäre
Programm legt die Grundlagen für neue optische Verfahren und Geräte für biomedizinische Anwendungen.
Biophotonik
Ein Markt im Aufbruch
Die Biophotonik-Forschung ist ein wichtiger Impulsgeber
für die optische Medizintechnik. Weltweit ist Deutschland
in diesem Segment des Photonik-Marktes die Nummer
zwei, mit einem Marktanteil von 15 Prozent und einer
Exportquote von knapp 75 Prozent. Mit einem Umsatzvolumen
am Standort Deutschland von 3,5 Milliarden Euro
im Jahr 2008 gehören Medizin und Life Sciences zu den
umsatzstärksten Segmenten des Photonik-Marktes. Die
Produktpalette ist vielfältig und reicht vom Mikroskop
über medizinische Lasersysteme bis hin zu Analysesystemen
für die Pharmaforschung.
Über 150 Institutionen – Unternehmen, Universitäten und sonstige Forschungseinrichtungen
– haben seither ihre Kräfte in gemeinsamen Forschungsprojekten gebündelt.
Etwa 220 Millionen Euro wurden bzw. werden bis 2013 investiert.
Davon stellen das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und
die beteiligten Unternehmen je etwa die Hälfte bereit.
Eine Reihe von Produkten ist bereits aus den
Förderprojekten hervorgegangen.
Vgl. hierzu „Optische Technologien - Wirtschaftliche Bedeutung in Deutschland“ Hrsg.: BMBF, Berlin 2007 und „Optische Technologien - Wirtschaftliche
Bedeutung in Deutschland“ - Aktualisierung 2010, Hrsg.: Dr. Arnold Mayer, Optech Consulting, Tägerwilen, Schweiz
Beiträge zu einem zukunftsfähigen Gesundheitswesen
Die Zahlen sind unmissverständlich: Alterung und Geburtenrückgang
werden sich in den kommenden Jahrzehnten mit zunehmender
Dynamik auf das Leben in Deutschland auswirken. Dies betrifft insbesondere
unser Gesundheitssystem. Eine aktuelle Studie des Kieler
Fritz-Beske-Instituts erwartet, dass die Fallzahlen wichtiger Volkskrankheiten
in Deutschland stark zunehmen werden. Beispielsweise wird
sich die Zahl der Demenzkranken relativ zur Gesamtbevölkerung bis
zum Jahr 2050 mehr als verdoppeln. Ähnliches gilt für viele weitere
Volkskrankheiten wie Herz-Kreislauf-Erkrankungen oder altersbedingte
Augenerkrankungen. Die Studie warnt, dass sich die Gesundheitskosten
pro Einwohner im arbeitsfähigen Alter bedingt durch den
demografischen Wandel mehr als verdreifachen werden. Hier werden
die optischen Technologien mit neuen, hocheffizienten Diagnose- und
Therapiemethoden einen Beitrag zur dringend benötigten Entlastung
der Gesundheitssysteme leisten.
Quelle: F. Beske, A. Katalinic, E. Peters, R. Pritzkuleit,
„Morbiditätsprognose 2050. Ausgewählte Krankheiten für
Deutschland, Brandenburg und Schleswig-Holstein“, Kiel 2009
Erkrankte in Prozent der deutschen Gesamtbevölkerung
für einige häufige bzw. schwere Krankheiten
Lungenkrebs
0,06
0,09
0,14
Brustkrebs
0,17 0,06
Lungenkrebs
0,09
0,16
Prostatakrebs
0,26 0,09
Darmkrebs
0,16
0,38
Herzinfarkt
0,8 0,14
Brustkrebs
0,17
0,76
Rheumatoide Arthritis
0,16 1,06
Prostatakrebs
0,26
1,34
Glaukom
0,38 2,30
Herzinfarkt
0,8
0,86
Makuladegeneration
0,76 2,37
Rheumatoide Arthritis
1,06
1,30
Demenz
1,34 3,18
Glaukom
2,30
Diabetes mellitus
Makuladegeneration
Erkrankte in Prozent Stand der 2007 deutschen
Gesamtbevölkerung für ausgewählte
Prognose 2050
häufige bzw. schwere Krankheiten
Erkrankte in Prozent 0,09 der deutschen Gesamtbevölkerung
Darmkrebs
für einige 0,16 häufige bzw. schwere Krankheiten
0,86
Quelle: F. Beske, A. Katalinic, 1,30
Demenz
E. Peters, R. Pritzkuleit,
3,18
Morbiditätsprognose 2050. Ausgewählte Krankheiten für
Deutschland, Brandenburg und Schleswig-Holstein, Kiel 2009 5,0
Diabetes mellitus
Biophotonik ist die Anwendung optischer
Technologien auf Fragestellungen in Medizin und
Lebenswissenschaften.
2,37
Quelle: F. Beske, A. Katalinic, E. Peters, R. Pritzkuleit,
Morbiditätsprognose 2050. Ausgewählte Krankheiten für
Deutschland, Brandenburg und Schleswig-Holstein, Kiel 2009
= Leben + Licht = Biophotonik
5,0
Stand 2007
Prognose 2050
7,2
7,2

Krankheiten besser verstehen: Neuartige Mikroskopie-Systeme
Ultrascharfe Lichtnanoskopie lebender Zellen Neue Einsichten in die Netzwerke lebender Zellen
Ein wissenschaftlicher Durchbruch ist dem Göttinger Professor Stefan
Hell mit der „Optischen Nanoskopie“ gelungen. Mit völlig neuen Konzepten
konnte er die Auflösung der Licht- bzw. Fluoreszenzmikroskopie
bis in den unteren Nanometer-Bereich steigern. Dies
ermöglicht einen ungeahnt detaillierten Blick in Körperzellen und
damit ein neues Verständnis der Lebensvorgänge. Für die wegweisende
wissenschaftliche Arbeit und ihre zielstrebige technische
Umsetzung wurde Hell mit dem Deutschen Zukunftspreis 2006 ausgezeichnet.
Das erste kommerzielle Lichtnanoskop konnte das Unternehmen
Leica Microsystems im Jahr 2007 auf dem Markt einführen.
Derzeit wird die Technologie für die Untersuchung lebender Zellen
weiterentwickelt. Erste Erfolge sind bereits sichtbar. So entstanden am
European Neuroscience Institute Live-Videos von Details der Signalübertragung
in lebenden Nervenzellen.
Forschungsverbund Optische Nanoskopie (2002-2006)
Max-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie, Göttingen • Leica
Microsystems CMS GmbH • Universität Heidelberg, Physikalisch-
Chemisches Institut • Toptica Photonics AG • Universität Siegen
Forschungsverbund Nanolive (2007-2010)
Leica Microsystems CMS GmbH • Max-Planck-Institut für Biophysikalische
Chemie • European Neuroscience Institute Göttingen •
Atto-Tec GmbH
Forschungsverbund Superresolution (2007-2009)
Universität Bielefeld, Angewandte Laserphysik und Laserspektroskopie
sowie Institut für Organische Chemie • Max-Planck-Institut
für Biophysikalische Chemie • Universität Siegen • Forschungszentrum
Jülich GmbH
Die Lichtnanoskopie (STED) zeigt Details, die in der konventionellen
Mikroskopie verborgen bleiben – hier die relative
Anordnung von Kernstrukturen in einer menschlichen Zelle.
Ein Erfolg der Verbundforschung:
Leica TCS STED,
das erste kommerzielle
optische
Lichtnanoskop.
Neue Einsichten in die komplexen, dreidimensionalen Netzwerke
lebender Zellen vermittelt eine vielseitige Mikroskopie-Plattform, die
in den Verbundprojekten Live Cell Screening und 3D-Tissue Screen
entstanden ist. Das System des Münchner Unternehmens TILL Photonics
ermöglicht es, lebende Zellen in ihrer natürlichen dreidimensionalen
Umgebung zu halten, sie zu manipulieren und ihr Verhalten mit
großer Zeitauflösung zu studieren.
Bereits im Projektverlauf konnte der Nutzen der Plattform in wichtigen
Anwendungen demonstriert werden. So konnten Forscher der Universität
des Saarlandes schnelle dynamische Prozesse in Herzmuskelzellen
beobachten, um den zellulären Ursachen und Mechanismen von
Herzrhythmusstörungen nachzuspüren. Das Zentrum für Neuropathologie
der LMU München konnte neue Erkenntnisse zu den Mechanismen
der Alzheimer-Erkrankung gewinnen.
Studien lebender Zellen
in ihrer natürlichen
Umgebung
Ergebnisse der BMBF-Förderung: Neuartige Probenkammern der
ibidi GmbH für die Beobachtung lebender Zellen (oben) sowie die
Mikroskopie-Plattform iMIC des Unternehmens TILL Photonics.
Forschungsverbund Live Cell Screening (2005-2007)
TILL Photonics GmbH • Universität Freiburg, Zentrum für Angewandte
Biowissenschaften und Institut für Biologie • Universitätsklinikum
Münster, CeBOP • Attocube Systems AG • Trigen GmbH •
ibidi GmbH
Forschungsverbund 3D-Tissue Screen (2007-2009)
TILL Photonics GmbH • Toptica Photonics AG • arivis – Multiple
Image Tools GmbH • ibidi GmbH • PicoQuant GmbH • LMU München:
BioImaging Zentrum, Laser-Forschungslabor sowie Zentrum
für Neuropathologie und Prionforschung • Universität des Saarlandes,
Institut für Molekulare Zellbiologie • Universität Freiburg,
Zentrum für Angewandte Biowissenschaften

Krankheiten früher erkennen: Neue Lösungen für die medizinische Diagnostik
Kleinste Tumore erkennen und schonend entfernen
Die optische molekulare Bildgebung verspricht entscheidende
Fortschritte im Kampf gegen den Krebs. Sie kann heute Tumore
sehr frühzeitig auf molekularer Ebene exakt von gesundem Gewebe
unterscheiden. Auch kleinste Tumore mit weniger als einem Millimeter
Durchmesser sollen künftig bei einer endoskopischen Untersuchung
aufgespürt werden und, so das Fernziel, durch eine geeignete
Vorrichtung bereits während der Untersuchung laserinduziert zerstört
werden. Ein Vorläufer des Verfahrens, die Photodynamische Diagnostik
(PDD), wird bereits in der klinischen Routine zur Erkennung von Blasen-
und Hirntumoren eingesetzt. Um das Verfahren noch zielgenauer
und empfindlicher zu gestalten, werden derzeit neue endoskopische
Systeme sowie neuartige fluoreszierende Sonden zur hochspezifischen
Markierung erforscht. Die neue Methode soll künftig auch
operationsbegleitend eingesetzt werden. Der Chirurg kann damit
einfacher und eindeutiger als bisher erkennen, welches Gewebe er
entfernen muss.
Neuartige fluoreszierende Sonden (hier: Nahinfrarot-Peptidsonde)
bringen entartete
Zellen zum Aufleuchten.
Die Fluoreszenz-Bildgebung liefert ein viel deutlicheres Bild dieses
bösartigen Hirntumors als die klassische Weißlicht-Darstellung.
Besonders die infiltrierenden Ränder (violett-rosa) können besser von
gesundem Gewebe unterschieden werden.
Forschungsverbund TumorVision (2006-2009)
R-Biopharm AG • Karl Storz GmbH & Co KG • LMU München,
Laserforschungslabor • Universität Regensburg • Universität
Bielefeld • Forschungszentrum Borstel • Universitätsklinikum
Regensburg, Universitätsklinikum der RWTH Aachen • Universitätsspital
Zürich
Forschungsverbund Neurotax (2009-2011)
MRC Systems GmbH, Heidelberg • Karl Storz GmbH & Co. KG
• LMU München, Zentrum für Neuropathologie sowie Laser-
Forschungslabor
Forschungsverbund COLONVIEW (2009-2012)
Karl Storz GmbH & Co. KG • Signalomics GmbH • PARItec GmbH
• Dyomics GmbH • FH Münster • Universitätsklinikum Freiburg,
Klinik für Nuklearmedizin • Universitätsklinikum Jena, Institut für
Diagnostische und Interventionelle Radiologie • TU München,
Chirurgische Klinik und II. Medizinische Klinik
Forschungsverbund OPTOPROBE (2009-2012)
Forschungszentrum Borstel • Laser- & Medizin-Technologie
GmbH • Gesellschaft für Silizium-Mikroysteme mbH • Atto-Tec
GmbH • Karl Storz GmbH & Co KG • R-Biopharm AG
Alzheimer-Krankheit: Früherkennung per Augenscan?
Ein empfindlicher und schnell durchführbarer „Augenscan“ soll künftig
helfen, die Alzheimer-Erkrankung bereits in einem frühen Stadium zu
erkennen. Der Verbund MINDE erforscht dazu ein Diagnoseverfahren,
das die Augenlinse bzw. Netzhaut des Patienten mit unschädlichem
Laserlicht scannt. Die Alzheimer-Krankheit ist die bei weitem häufigste
chronisch neurodegenerative Erkrankung und betrifft schon
heute knapp eine Million Deutsche. 2050 rechnen Experten mit vier
Millionen Betroffenen. Das neue Verfahren soll neben der Früherkennung
auch eine Verlaufskontrolle von neuartigen Therapieansätzen
ermöglichen, die eine Verminderung von beta-Amyloid bzw. der tau-
Pathologie zum Ziel haben. Damit entsteht neue Hoffnung im Kampf
gegen die bisher als unheilbar geltende Krankheit.
Forscher hoffen, ähnliche Augenscans auch zur Früherkennung von
Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Diabetes anwenden zu können, da
sich Vorboten dieser Krankheiten im Augenhintergrund beobachten
lassen (Auge als „diagnostisches Fenster zum Körper“). Ein ähnliches
System soll künftig helfen, die altersabhängige Makuladegeneration
(AMD) frühzeitig zu erkennen und somit bessere Behandlungsmöglichkeiten
zu schaffen. AMD ist die häufigste Ursache für Altersblindheit
in den Industrieländern.
Forschungsverbund MINDE (2009-2012)
Carl Zeiss AG • Dyomics GmbH • Klinikum rechts der Isar der
TU München, Nuklearmedizinische Klinik und Poliklinik • LMU
München, Zentrum für Neuropathologie und Prionforschung • TU
Darmstadt, Clemens-Schöpf-Institut für Organische Chemie und
Biochemie • Universitätsklinikum Jena, Augenklinik sowie Institut
für Diagnostische und Interventionelle Radiologie
Forschungsverbund MODIAMD (2010-2013)
Carl Zeiss Meditec AG • mivenion GmbH, Berlin • Universitäts-
Augenklinik Bonn • Charité – Universitätsmedizin Berlin, Laboratoriumsmedizin
und Pathobiochemie • FU Berlin, Institut für Chemie
und Biochemie
Nachweis von krankhaften
Plaques (hyperphosphoryliertes
tau-Protein) in einer
Ganglienzelle der Netzhaut
eines transgenen Tiermodells
der Alzheimerschen
Erkrankung
Ein schneller und schmerzloser „Augenscan“ kann heute bereits viele
Augenerkrankungen erkennen helfen. Künftig könnten auch Vorboten
der Alzheimer-Erkrankungen so aufgespürt werden.

Krankheiten früher erkennen: Neue Lösungen für die medizinische Diagnostik
Optische Technologien gehen unter die Haut
Neue Verfahren der optischen und spektroskopischen molekularen
Bildgebung ermöglichen ein schonendes Hautscreening. Die Haut
wird berührungslos bis in eine Eindringtiefe von etwa 200 Mikrometern
durchleuchtet, was dem Patienten die Entnahme einer Hautprobe
erspart. Dies kann die Früherkennung von Hautkrebs sowie die Beobachtung
von Hautkrankheiten künftig deutlich erleichtern.
Der mit Unterstützung des BMBF entstandene Intravitaltomograph
der JenLab GmbH erlaubt detaillierte, räumlich hoch aufgelöste
Einblicke in die verschiedenen Schichten der Epidermis und teilweise
sogar in die darunterliegende Dermis. Abgebildet werden morphologische
Strukturen, anhand ihrer Autofluoreszenz aber auch bestimmte
Zielmoleküle wie Kollagen, NADH und Melanin. Das System wird
derzeit durch weitere Messmodule erweitert, um eine ganze Reihe
weiterer Zielmoleküle spezifisch zu erfassen und damit die Mechanismen
der Neurodermitis sowie bestimmte Nebenwirkungen von
Chemotherapien aufzuklären.
Ein System der LTB Berlin GmbH wird derzeit in Kliniken zur Früherkennung
des Schwarzen Hautkrebs erprobt. Dieser ist mit etwa 15.000
jährlichen Neuerkrankungen zwar weniger häufig als der Helle oder
auch Weiße Hautkrebs, aber deutlich aggressiver. Daher ist eine möglichst
frühe Erkennung, z.B. im Rahmen regelmäßiger Hautscreenings,
entscheidend.
Der Intravitaltomograph „DermaInspect“
kann wichtige Hautbestandteile bis
in tiefere Hautschichten abbilden.
Hier sind Kollagen (grün,
Zweiphotonen-Anregung)
und elastische Fasern (rot,
Autofluoreszenz) in der
Lederhaut zu sehen.
Ein optisches Hautscreening-
Verfahren der LTB Berlin
GmbH erkennt frühzeitig
den gefährlichen Schwarzen
Hautkrebs.
Forschungsverbund FluoTOM (2005-2009)
W.O.M. World of Medicine AG • LTB Lasertechnik Berlin GmbH •
Universität Potsdam, Institut für Physik • Universität Magdeburg,
Universitätsklinik für Dermatologie und Venerologie • Elisabethklinik
Berlin
Forschungsverbund 5D-IVT (2007-2010)
JenLab GmbH • Beiersdorf AG • Fraunhofer-Institut für Biomedizinische
Technik • Universität Münster, Hautklinikum • Universitätsklinikum
Jena • Universität Hamburg, Institut für Informatik
Forschungsverbund Chemoprävent (2009-2012)
Charité, Universitätsmedizin Berlin • Institut für Photonische
Technologien • Bioskin GmbH • JenLab GmbH • Toptica Photonics
AG
Für bessere Hygiene: Bakterien rechtzeitig aufspüren
Bakterien sind allgegenwärtig – auf unserer Haut, im Boden, in Lebensmitteln
und in der Raumluft. Doch bestimmte Spezies können selbst
in geringer Anzahl gefährlich werden, zum Beispiel in der Luft von
Operationssälen oder pharmazeutischen Reinräumen. Dort müssen sie
schnell und eindeutig erkannt werden, um drohende Schäden unverzüglich
abzuwehren. Herkömmliche Analyseverfahren sind hierfür
zu langwierig. Deutlich schnellere Ergebnisse liefert der „Bio Particle
Explorer“, ein System, das die Berliner rap.ID GmbH im Anschluss an
das BMBF-Förderprojekt OMIB auf den Markt bringen konnte. Es kann
sofort feststellen, mit welchen und wie vielen Bakterien oder Keimen
die Luft belastet ist. Kernstück ist ein optisches Analysesystem auf
Basis der Raman-Spektroskopie, das innerhalb einer Sekunde ein
einzelnes Bakterium genau charakterisieren kann.
Künftig soll das System auch der Überwachung der Hygiene in
Krankenhäusern dienen. Im Verbundprojekt “FastDiagnosis” soll es auf
die Erkennung von Bakterien in Infusionen und Körperflüssigkeiten
angepasst werden. Eine Kombination mit molekularbiologischen
Methoden soll zudem eine schnelle, kostengünstige und zuverlässige
Diagnose der Sepsis ermöglichen. Der Bedarf ist dringend: Sepsis und
septischer Schock sind heute die Haupttodesursachen auf nicht-kardiologischen
Intensivstationen.
Forschungsverbund OMIB (2003-2006)
Universität Jena, Institut für Physikalische Chemie • Universität
Freiburg, Institut für Informatik • Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik
und Automatisierung, Stuttgart • rap.ID Particle
Systems GmbH, • Kayser-Threde GmbH • Schering AG • Institut
für Photonische Technologien
Forschungsverbund FastDiagnosis (geplant: 2010-2013)
R-Biopharm AG • rap.ID Particle Systems GmbH • Institut für
Photonische Technologien • Universitätsklinikum Jena • Qiagen
GmbH • Universitätsklinikum Dresden
Der Bio Particle Explorer wird
bereits erfolgreich für die Überwachung
der Luft in Reinräumen
zur Medikamentenherstellung
eingesetzt.
Im Fall einer Sepsis muss die richtige Therapie schnell eingeleitet
werden. Die geplante optische Diagnostik verspricht einen entscheidenden
Zeitvorteil gegenüber herkömmlichen Verfahren.

Krankheiten früher erkennen: Neue Lösungen für die medizinische Diagnostik
Krebs genauer erkennen und besser behandeln
Krebs – ja oder nein? Diese Frage können Pathologen durch die
mikroskopische Begutachtung von Gewebeschnitten heute sicher
beantworten, doch ihre prognostischen Aussagen zum weiteren
Krankheitsverlauf sind noch zu ungenau. Um dies zu ändern, erforscht
der Verbund EXPRIMAGE eine neuartige diagnostische Plattform, die
Pathologen künftig ein umfassendes Bild eines Tumors liefern soll. Sie
„durchleuchtet“ Gewebeschnitte mit einer Kombination von neuesten
optischen und molekularbiologischen Methoden, um detaillierte
Informationen aus den Zellen, z.B. über deren geänderte chemische
Zusammensetzung, zu gewinnen. Die Zusammenschau der Daten soll
einen Tumor so genau beschreiben, dass sich damit auch seine weitere
Entwicklung und mögliche Reaktion auf eine Therapie vorhersagen
lassen. Um ihr diagnostisches Konzept zu prüfen und zu optimieren,
können die Projektpartner auf eine umfangreiche Fallsammlung
zurückgreifen, die Gewebeproben und Therapieverlaufsdaten von
mehr als 5.000 Krebspatienten zur Verfügung stellt.
Eine neuartige diagnostische
Plattform soll Pathologen
künftig ermöglichen, Verläufe
von Krebserkrankungen besser
vorherzusagen und genauere
Therapieempfehlungen zu geben.
Forschungsverbund Exprimage (2007-2011)
Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf • Carl Zeiss Microimaging
GmbH • RWTH Aachen, Lehrstuhl für Informatik • Qiagen
GmbH • WiTEC GmbH • Universität Leipzig, Institut für die Physik
weicher Materie • Universität Jena, Institut für Physikalische
Chemie
Schnelltests Das Labor zum Patienten bringen
Allen Verbesserungen in der medizinischen Versorgung zum Trotz
wird der überwiegende Teil der Mittel in der Gesundheitsversorgung
bisher für die symptomatische Behandlung fortgeschrittener Krankheiten
eingesetzt. Hier ist ein Paradigmenwechsel hin zur Früherkennung
und Prävention von Krankheiten erforderlich. Die Biophotonik-
Forschung hat uns diesem Ziel bereits ein gutes Stück näher gebracht.
Erkenntnisse zu den molekularen Ursachen und Vorboten vieler
Krankheiten liefern neue Ansatzpunkte für deren Vermeidung. So ist
heute beispielsweise eine Reihe von Frühanzeigern für Herz-Kreislauf-
Erkrankungen bekannt. Nun gilt es derartige Biomarker in schnellen,
kostengünstigen und nichtinvasiven Tests diagnostizierbar zu machen.
Damit könnten Riskiopatienten künftig ihren Gesundheitszustand auf
unkomplizierte Weise überwachen, zum Beispiel durch Schnelltests in
der Arztpraxis oder zuhause.
Derzeit werden bereits handliche Testsysteme für die Point-of-Care-Diagnostik
erforscht, die krankheitstypische Biomarker direkt, d.h. ohne
aufwändige Probenaufbereitung, aus Körperflüssigkeiten bestimmen
können – mittels optisch auslesbarer Biochips, Testkits oder spektroskopischer
Messungen.
Das Smartphone als Gesundheitsmonitor?
Krankheiten vermeiden: Personalisierte Medizin
Dieser elektro-optische
Biochip kann bis zu 40
Biomoleküle wie DNA oder
Proteine gleichzeitig binnen
weniger Minuten erfassen.
Künftig könnten Ärzte derartige
Systeme verwenden, um beispielsweise
Notfallpatienten auf eingenommene Medikamente
zu testen.
Die Vision Echte Prävention
Gelingt es, die optische Schnelldiagnostik künftig noch weiter zu
vereinfachen, so könnte sie den Menschen helfen, ihren Gesundheitszustand
im Alltag regelmäßig zu kontrollieren und schon bei ersten
Warnzeichen gegenzusteuern. Optische Technologien sind die ideale
Grundlage für die benötigten schnellen, kostengünstigen und gleichzeitig
verlässlichen Verfahren.

Zukunft benennen
Öffentlichkeitsarbeit und Experten-Netzwerk
Der Forschungsschwerpunkt Biophotonik ist mehr als ein Nebeneinander
von Verbundforschungsprojekten. Jahre der gemeinsamen
Forschung, aber auch eine verbundübergreifende Kommunikation
haben die Projektpartner in einem deutschlandweiten Experten-Netzwerk
zusammengeführt. Beim jährlichen Symposium und in Zukunfts-
Workshops diskutieren sie wichtige Innovationsfelder der Biophotonik.
Welches sind die drängendsten medizinischen Bedarfsfelder, die noch
auf Lösungen warten? Welche photonischen Werkzeuge könnten diesen
Bedarf am besten bedienen? Wirtschaft und Wissenschaft erhalten
so neue Hinweise, um schnelle und zielgerichtete Innovationen zum
Nutzen von Patienten, Ärzten und der gesamten Gesellschaft zu
schaffen.
Workshop „Photonik in Lebenswissenschaften
und Gesundheit“, Jena 2010
Workshop „Visions for Future Diagnostics“,
Fachmesse LASER 2009, München
Öffentlichkeitsarbeit aus den Forschungsverbünden: Beitrag im ZDF-
Morgenmagazin über den Bio Partikel Explorer
Podiumsdiskussion beim Biophotonik-Symposium
2006, München, Klinikum Großhadern
Herausgeber, Redaktion und Gestaltung
Forschungsschwerpunkt Biophotonik
Öffentlichkeitsarbeit
Institut für Photonische Technologien
Albert-Einstein-Str. 9, D-07745 Jena
Telefon 03641 - 206 035
Telefax 03641 - 206 044
Email info@biophotonik.org
Internet www.biophotonik.org
Stand: September 2010
Impressum
Bildnachweis
IPHT (3x), ibidi GmbH, LMU München/Bio
Imaging Zentrum, Bayer Schering AG, LMU
München/Zentrum für Neuropathologie
S. 1: IPHT Jena (2x)
S. 2: Jan-Peter Kasper
S. 4: Leica Microsystems CMS GmbH (2x)
S. 5: ibidi GmbH, LMU München/Bio Imaging
Zentrum, LMU München/Zentrum für Neuropathologie
S. 6 Verbund Colonview, LMU München/Laser-
Forschungslabor (2x)
S. 7: Carl Zeiss Meditec, LMU München/ZNP (S.
Schön, J. Herms)
S. 8: JenLab GmbH, LTB Berlin GmbH (2x)
S. 9: Bayer Schering AG, R-Biopharm AG
S. 10: Institut für diagnostische Histopathologie
und Zytologie, RWTH Aachen, Verbund
EXPRIMAGE
S. 11: IPHT Jena (2x)
S. 12: Forschungsschwerpunkt Biophotonik
(3x)