Personalisierte Medizin? – Nicht ohne Photonik!

Wie Wirkstoffe wirken, hängt auch von der genetischen Disposition der Patienten ab. Um das Potential personalisierter Medizin zu heben, sind photonische Verfahren unverzichtbar.

Um Krebserkrankungen zielgerichtet behandeln zu können, untersuchen Mediziner mittlerweile genau, mit welchem Gegner sie es zu tun haben. Anhand genetischer Analysen der Tumorzellen ermitteln sie deren jeweilige Angriffsstrategie. Mal lösen spezifische Mutationen rasante Zellteilungen aus. Mal sind Viren im Spiel, die Immunreaktionen und fehlgeleitete Reparaturmechanismen provozieren oder ihr Genom in die DNA des Patienten einschleusen. Mal finden Ärzte auf den Oberflächen der Tumorzellen Hinweise auf deren Empfindlichkeit gegenüber bestimmten Wirkstoffen.

Aus den Analysen leiten die Mediziner gezielte Behandlungsstrategien ab. Sei es mit Medikamenten, die die Zellteilung blockieren, besagte Immunreaktionen unterbinden oder die Tumorzellen an den identifizierten Angriffspunkten attackieren. Gegenüber einer standardisierten Chemotherapie ist diese personalisierte Therapie nicht nur erfolgversprechender, sondern durch die gezielteren Maßnahmen lassen sich auch die Nebenwirkungen minimieren.

Photonische Verfahren liefern entscheidende Informationen

Für die Analysen sind photonische Verfahren unverzichtbar. So nutzen Labore zur Untersuchung der zellulären Prozesse, Immunreaktionen und der daran beteiligten Proteine verschiedene Ansätze der Massenspektrometrie. Zudem kombinieren sie unterschiedliche Mikroskopie-Verfahren, um sich ein genaues Bild davon zu machen, wie Bakterien oder Viren Körperzellen angreifen.

Für solche Untersuchungen ist es notwendig, die spezifischen Zellen vorab zu isolieren. Auch hierfür dient die Photonik als Enabler. Mit Lasern unterschiedlicher Wellenlängen, Fluoreszenzfarbstoffen und optischen Verstärkern gelingt es in so genannten Durchflusszytometern, tausende Zellen pro Sekunde zu analysieren. Auch in Geräten zur Sortierung der Zellen arbeiten Laser verschiedener Wellenlängen, um die gesuchten Zelltypen anhand spezifischer Fluoreszenzmarker zu identifizieren.

Bei der Durchflusszytometrie wird Flüssigkeit mit Zellen in einer Messzone durch einen oder mehrere Laserstrahlen geleitet. Trifft das Licht auf eine Zelle, streut es. Zugleich regen die verschiedenen Laser mit unterschiedlichen Wellenlängen Fluoreszenzmarker in oder auf der Zelle an. Die Streu- und Fluoreszenzsignale werden mithilfe hochsensitiver opto-elektronischer Detektoren (Photomultiplier, Avalanche-Photodioden) in einer Serie diskreter Wellenlängen-Kanäle analysiert. So ist es möglich, die Zellen zu zählen, Zelltypen zu identifizieren und funktionale Eigenschaften der Zellen zu messen.

Lasertechnik ermöglicht exakte Zelluntersuchungen

Moderne Multiparameter-Zytometer mit bis zu zehn Laser-Wellenlängen und jeweils Wellenlängen-spezifischen Detektoren lassen sich mit über einem Dutzend verschiedener Fluoreszenzfarbstoffe kombinieren. So können die Geräte bei tausenden durchfließenden Zellen pro Sekunde eine Vielzahl an Parametern messen. Beispielsweise lassen sich verschiedene im Immunsystem aktive Zellen identifizieren und charakterisieren. Auch dient das Verfahren als Basis der Zellsortierung. Sortierte Zellen können dann DNA- und RNA-Analysen unterzogen oder mikroskopisch untersucht werden. Auch lassen sich damit Zellkulturen für weiterführende invitro-Tests oder die Vorbereitung gezielter Gen-Therapien anlegen.

Mit der Vielfalt verfügbarer Laserwellenlängen und Fluoreszenzfarbstoffe steigt die Zahl der möglichen Analyseparameter und die Präzision der Befunde. Ob in der Krebsdiagnostik, Arzneimittelforschung, Immunologie oder Impfstoffentwicklung: Multi-Parameter-Durchfluss-Zytometer liefern entscheidende Informationen. Zu den Erfolgsfaktoren der Technologie zählt, dass Laser verschiedener Wellenlängen einfach integrierbar und die Systeme wartungsarm sind. Coherent hat das früh erkannt und baut die in der Durchfluss-Zytometrie etablierte O-BIS®-Produktlinie kontinuierlich aus. Neueste Zugänge sind zwei UV-Laser mit 349 und 360 Nanometer (nm) Wellenlänge. Die Dioden-gepumpten Festkörperlaser (DPSS) haben im Sinne einfacher Integrierbarkeit das OBIS-typische elektronische Interface und die für diese Baureihe typische hervorragende Strahlcharakteristik, -stabilität und -symmetrie.

Für die Durchfluss-Zytometrie integriert Coherent vom Anwender wählbare OBIS-Laserquellen von Ultraviolett bis Infrarot in den Multiwellenlängen-Laser OBIS-CellX in dem Elektronik, Strahlformungs- und Fokussieroptik bereits vorintegriert sind. Dank eines elliptischen Laserfokus werden durch die Messzone strömende Zellen unabhängig von ihrer Lage zuverlässig erfasst. Darauf kommt es in der klinischen Anwendung an. Schließlich geht es hier oft darum, lebensbedrohende Gegner zu stellen.

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