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24.07.2014

Zellen beim Leben zusehen

Prof. Dr. Neu, Hochschule Emden / Leer

Prof. Dr. Neu, Hochschule Emden /    Leer

Prof. Dr. Walter Neu hat an der Johannes-Gutenberg-Universität Mainz studiert und am Europäischen Kernforschungszentrum CERN in Genf promoviert. Dr. Neu war u.a. Mitbegründer des „Medizinischen Zentrums für Laser und Minimal Invasive Therapie an der Universität Göttingen“. Seit 1994 ist Dr. Walter Neu Professor an der Hochschule in Emden. Seine Spezialgebiete sind Laseranwendungen und Nanotechnologien.


1. Ihr Forschungsprojekt „Orts- und zeitaufgelöste Elementar- und Molekularanalyse - Optische Mikrospektroskopie“ wurde Anfang des Jahres vom niedersächsischen Ministerium für Wissenschaft und Kultur und der Volkswagen-Stiftung für eine Forschungsprofessur ausgewählt. Um was geht es bei dem Projekt?

Prof. Dr. Walter Neu: Die Forschungsprofessur hat als Kern die anwendungsorientierte Forschung und Entwicklung optischer Spektroskopie- und Mikroskopieverfahren zur Untersuchung von Schwermetallkontaminationen in biologischen Proben und als Bildgebungsverfahren mit direktem molekularem Kontrast an Einzelzellen, subzellulären Strukturen, Zellkulturen und biologischen Proben.

Die Verknüpfung bzw. Ergänzung verschiedener elementanalytischer und molekularer spektroskopischer Techniken wie die Kombination der laserinduzierten Plasmaspektroskopie (LIBS) und der Raman-Mikroskopie ermöglicht eine komplementäre Untersuchung atomarer bzw. molekularer Eigenschaften organischer und anorganischer Proben.

Ziel ist die Untersuchung intrazellulärer physiologischer Prozesse, interzellulärer Kommunikationskanäle und von Wachstumsprozessen ganzer Zellverbände in vivo. In der Zellkulturtechnik steht z.B. die Identifizierung molekularer Substanzen zur frühzeitigen Erkennung der Apoptose von Zellen im Vordergrund.

Die Untersuchung der in Zellgeweben ablaufenden dynamischen Vorgänge als raum- und zeitaufgelöste Expressionsstudien der lebenden Zelle ist die Schlüsseltechnologie zum Verständnis der gewonnenen Einblicke in das Zusammenspiel von Genomdaten und deren Expression im Verlauf der Zellentwicklung.

Die Ramanspektroskopie ergänzt als molekularspezifische Analysemethode die konfokale Mikroskopie. Die hohe molekulare Selektivität der Methode basiert auf dem Vibrations- und Rotationsspektrum der zu untersuchenden Moleküle und erfordert daher kein Labeling wie bei der Fluoreszenzmikroskopie. Die Charakterisierung von Einzelzellen, Zellverbänden, Mikroorganismen und Bakterien ist damit nativ möglich.


2. Wird diese Art Mikroskopie bereits eingesetzt?

Prof. Dr. Walter Neu: Im Bereich der hochauflösenden Mikroskopie von biologischen Proben gibt es verschiedene, konkurrierende moderne Messsysteme, von denen jedes eine deutliche Verbesserung gegenüber traditionellen Systemen darstellt.

Für in-vivo Untersuchungen intrazellulärer Prozesse und der Entwicklung von Zellverbänden und Zellkommunikation gibt es in Bezug auf Probenvolumen und parallele Datenerfassung kaum Alternativen zu der in meiner Arbeitsgruppe entwickelten innovativen konfokalen 4D-Technik.

Die Darstellung biologischer Zellen und zellphysiologischer Prozesse basiert auf einer multifokalen Mikroskopie mit DMD-Technologie (DMD: Digital Mirror Device). Mittels eines digitalen Mikrospiegel-Arrays kann eine schnelle, räumlich (3D) und zeitlich hochaufgelöste (4D) Untersuchung biologischer Objekte durchgeführt werden.

n den letzten Jahren zeigt die Vielzahl der eingeladene Vorträge zu internationalen Konferenzen, Symposien oder Industriepartnern das große Interesse an der neu entwickelten multifokalen 4D-DMD-Mikroskopietechnik sowie der optischen Spektroskopie zur Spurenanalyse und Bioanalytik mittels laserinduzierter Plasmen.

Sie hat an lebenden Zellenverbänden mit großen Volumina unter Experten auf internationalen Konferenzen große Beachtung erfahren und Möglichkeiten zu internationalen Kooperationen eröffnet.

Stellvertretend möchte ich hier nur das Center for Biophotonics an der University of California, Davis, CA nennen, dessen Hauptinteresse in der Untersuchung viraler Infektionsprozesse liegt. Verstärkt wird dies noch durch die Option einer modularen Erweiterung zur molekülspezifischen Spektroskopie bei ebenso hoher Geschwindigkeit und beugungsbegrenzter Auflösung.


3. Neben der Mikroskopie befassen Sie sich auch mit dem Einsatz von Lasern in der Medizin. Welche Vorteile hat ein Laserstrahl gegenüber einem herkömmlichen Skalpell?

Prof. Dr. Walter Neu: Laserstrahlen können Gewebe trennen, d.h. schneiden wie ein herkömmliches Skalpell, aber gleichzeitig auch Blut- und Lypmphgefäße koagulieren und damit eine Verschleppung von Zellen unterbinden. Insbesondere in der Chirurgie an Krebstumoren kann damit das Risiko eine Metastasierung praktisch ausgeschlossen werden.

Laserstrahlen müssen in Gegensatz zu Skalpellmessern nie nachgeschliffen werden und da keine taktile Berührung notwendig ist, ist dies automatisch ein aseptisches Verfahren. Das Operationsgebiet bleibt blutfrei und damit erfolgt keine Beeinträchtigung der Sicht. Mikrochirurgie mit Kurzpulslasern ermöglicht im wahrsten Sinne des Wortes mikrometergenaue Gewebeabtragung, sogar ohne dabei z.B. die Transparenz der Hornhaut des Auges zu beeinträchtigen.


4. Sie hielten vor kurzem im Rahmen einer Ringvorlesung zum Thema „Optische Technologien in der Medizintechnik“ einen Vortrag zum Thema „Minimalinvasive Lasertherapie“ vor Medizinern. Wie ist denn grundsätzlich das Interesse an diesen neuen Technologien?

Prof. Dr. Walter Neu: Das Interesse ist grundsätzlich sehr groß. Die minimalinvasiven Therapien verbessern zum einen die Präzission des Eingriffs, reduzieren Operationsfolgen sowie Narbenbildung und tragen damit gleichzeitig zu einer schnelleren und patientenfreundlicheren Heilung bei.

Auch volkswirtschaftlich ist die kürzere Rekonvaleszenzphase positiv zu bewerten.


5. Was werden wir in den nächsten Jahren an Entwicklungen in der Biophotonik sehen?

Prof. Dr. Walter Neu: Das Forschungsgebiet Biophotonik wird sich in den nächsten Jahren rasant wieterentwickeln und zunehmend die medizinische und biologische Diagnostik ergänzen. Leistungsfähige, kompakte und zuverlässige Lasersysteme können in das Instrumentarium integriert werden und erweitern den Behandlungsspielraum schon jetzt endoskopisch und durch steuerbare Applikatoren ganz erheblich. In Verbindung mit optischer Sensorik und Spektroskopie können „Smarte Lasersysteme“ erkrankte Gewebe erkennen und gezielt entfernen, ohne dabei gesundes Gewebe zu schädigen.

Mikroskopische Diagnostik und differenzierte Untersuchung zellphysiologischer Prozesse bahnen den Weg in eine individualisierte Pharmakologie und Onkologie auf dem Weg zur Molekularmedizin. Labelfreie molekulare Bildgebung ist hier eine Schlüsseltechnologie, an der meine Arbeitsgruppe im Rahmen der Forschungsprofessur einen Beitrag liefern wird.

Danke für das Interview.

Mehr Informationen:
www.hs-emden-leer.de

 
 
 
 
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