Deutsches Biophotonik-Unternehmen erhält international renommierten „New Economy Award 2014“

JenLab erhält den Preis als „Best Medical Diagnostics Systems Company“ für die Entwicklung hochauflösender Laser-Tomographen / Kein chirurgischer Eingriff mehr nötig: schnelle und schonende Biopsien.
Ein Arzt untersucht mit einer Art "Pistole" für die Haut den Oberarm einer Patientin. Darunter nebeneinander fünf kleine Bilder von bunt eingefärbten Zellen.

Bild 1: Mit dem neuartigen Verfahren soll Gewebe nicht-invasiv, also ohne jeglichen chirurgischen Eingriff, untersucht werden (oben). Hochauflösende Aufnahmen von Gewebestrukturen mit verschiedenen Verfahren (unten). Bilder © JenLab GmbH, Foto: Paul Kennedy

Zwei Bilder nebeneinander: Links eine Schwarzweiß-Aufnahme von mehreren Zellen. Rechts eine rot und blau eingefärbte, einzelne Zelle in höherer Auflösung.

Bild 2: Optische Schnitte durch die Haut. Zu erkennen sind links einzelne Zellen mit Zellkern (dunkel) und den leuchtenden Mitochondrien sowie rechts einzelne Elastinfasern (blau) und das Kollagen-Netzwerk (rot) tief im Arm eines Probanden. Bilder © JenLab GmbH

16.07.14

Pressemeldung der JenLab GmbH, Jena (Engl.)

JenLab erhält den „The New Economy Award 2014“ (TNE) in der neuen Kategorie „Best Medical Diagnostics Systems Company“. Die deutsche Firma mit Filialen in Saarbrücken und Jena erhält den renommierten Preis für die Entwicklung von neuartigen medizinischen Tomographen, die das Potential besitzen, chirurgisch entnommene Biopsien durch eine hochauflösende Bildgebung mittels Femtosekunden-Laser zu ersetzen.

Die Grundlegenden Arbeiten für den Femtosekunden-Multiphotonen-Tomographen wurden vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt. Besonders hervorzuheben ist das BMBF-Verbundprojekt „Chemoprävent“ (Laufzeit: 01.06.2009 bis 30.06.2013, ca. 4 Millionen Euro Förderung durch das BMBF für den gesamten Verbund), in dem JenLab mit vier weiteren Partnern klinische CARS entwickeln konnte.

Aktuell wird am JenLab in den vom BMBF geförderten Verbundprojekten „WPM - Woundoptomizer“ zur klinischen Zwei-Photonen-Endoskopie(Laufzeit: 01.10.2010 bis 30.09.2014) und „BioFeedBack“ zur CARS-Technologie (Laufzeit: 01.07.2013 bis 30.06.2016) geforscht.

Die TNE-Awards wurden von Paypal und Tesla-Gründer Elon Musk ins Leben gerufen. Die TNE-Awards 2013 wurden im letzten Jahr u.a. an die Firma SPACEX vergeben für die erste kommerzielle wieder einsetzbare Rakete an SAMSUNG für seine Galaxy Gear smart watch, an AIRBUS für sein A350ZWB Flugzeug und an Amazon-Chef Jeff Bezos für die Lieferung von Paketsendungen mittels Drone.

JenLab hat als erster Preisträger in 2014 den „The New Econmy Award“ im Juni verliehen bekommen. Alle TNE 2014-Gewinner werden in einem Spezialband der Winterausgabe der in London produzierten Zeitschrift The New Economy 2014 bekannt gegeben, die auf dem Weltwirtschaftsgipfel in Davos verteilt werden. Zudem werden 100.000 Exemplare an die globale Leserschaft verschickt.

Professor Karsten König, Geschäftsführer der JenLab GmbH, erklärt das preisgekrönte medizinische Diagnostik-System:

„Jedes Jahr werden Millionen von Biopsien in Kliniken und Arztpraxen weltweit für diagnostische Zwecke entnommen. Üblicherweise vergehen mehrere Tage bis der Patient die Diagnose erhält. Diese traditionelle Methode ist teuer, zeitaufwendig und erfordert einen schmerzhaften chirurgischen Eingriff.

Eine Revolution in der klinischen Diagnose - insbesondere in der Histopathologie - wäre es, wenn das zu untersuchende Gewebe mit der erforderlichen hohen sub-zellulären Auflösung nicht-invasiv, also ohne jeglichen chirurgischen Eingriff untersucht werden könnte. Die schmerzfreie Untersuchung sollte nach Möglichkeit nur wenige Sekunden, maximal Minuten dauern. Ideal wäre es, wenn diese Biopsien ohne Anfärbung und ohne Beeinträchtigung der natürlichen Mikroumgebung gewonnen werden könnten und auch Aussagen zur chemischen Zusammensetzung und zur Physiologie, insbesondere den metabolischen Zustand, liefern würden.

Eine derartige in vivo Histologie wird durch den sogenannten „Multiphotonen-Laser-Tomographen MPTflex-CARS“ Realität. Dieses neuartige Medizinprodukt liefert schnell und narbenfrei optische Biopsien ohne jegliche Anfärbung, aber mit chemischer Information und exzellenter Submikrometer-Auflösung. Die Laser-Biopsien bestehen aus Bildern mit einer 1000fach verbesserten Auflösung gegenüber klassischen Ultraschall-, Röntgen- oder MRT-Aufnahmen.“

Hintergrund und aktuelle Projekte

Wie erhält man Laser-Biopsien?

JenLab’s Multiphotonen-Tomographe sind die einzigen zertifizierten Femtosekunden-Lasersysteme für die klinische Diagnostik. Die Tomographe erlauben den schnellen mikroskopischen Blick in die Haut und andere Gewebe durch das Abrastern mit einem infraroten fokussierten Laserstrahl, der 80 Millionen Pulse pro Sekunde aussendet. Die mittlere Laserleistung entspricht dem eines Laserpointers.

Der Strahl regt körpereigene Biomoleküle zum Leuchten an. Diese Fluoreszenz und andere Lichtsignale können mit extrem hoher Sensitivität gemessen werden (Einzelphotonen-Zählung). Kontrastreiche Bildaufnahmen vom untersuchten Gewebe erscheinen sofort während des Scanvorganges auf dem Bildschirm. Der Patient kann in „real time“ seine Zellen, Zellkerne und Organellen in der Gewebetiefe sehen: ein optischer Gewebeschnitt dauert nur wenige Sekunden. Er spürt nichts von der Laserbestrahlung.

Patient und Arzt können sich gemeinsam einzelne Krebszellen, Entzündungsherde, die Wanderung von Reparaturzellen, die Verteilung von Melanin-Pigmenten und selbst einzelne Elastin- und Kollagenfasern anschauen. Chemische Bildgebung kann zudem durch einen sogenannten „Coherent Anti-Stokes Raman Scattering (CARS)“-Prozess realisiert werden, bei dem Molekülschwingungen (z.B. C-H Schwingungen von Lipiden) erfasst werden.

Früherkennung von Krebs und online-Beobachtung von Stammzellen

Abgesehen von der Bestimmung der exakten Gewebearchitektur und der chemischen Zusammensetzung kann auch funktionales Imaging realisiert werden, da fluoreszierende Biomoleküle wie das Koenzym NAD(P)H als Biosensor für den Zellmetabolismus fungieren. Die NAD(P)H Konzentration in den Hautzellen korreliert mit dem Alter. Reaktive Sauerstoffradikale - die z.B. durch die UV-Strahlung der Sonne produziert werden - resultieren in einer Abnahme der NAD(P)H Fluoreszenz. Dagegen erhöhen Antioxidantien - die durch gesunde Nahrung und einige Anti-Ageing Produkte bereitgestellt werden - die Autofluoreszenz.

Eine Hauptanwendung der Multiphotonen-Tomographie ist die Früherkennung von Hauttumoren. Krankenhäuser in Irvine/Kalifornien, Brisbane/Australien, Modena/Italien, London/England, Nizhny Novgorod/Russland und Berlin nutzen JenLab’s Tomographen, um den schwarzen Hautkrebs auf sub-zellulärem Level zu testen.

Wissenschaftler an der Charité in Berlin – dem größten Krankenhaus der Europäischen Union – führen klinische CARS Studien an Tumorpatienten durch, um geringe Konzentration von Chemotherapeutika im Gewebe nachzuweisen, die das Hand-Fuß-Syndrom hervorrufen. Andere Dermatologen nutzen die Tomographen als personalisiertes medizinisches Werkzeug, um die Therapie der Dermatitis und der Aktinischen Keratose zu optimieren. Der flexible Tomograph wurde in San Diego von der Firma AntiCancer genutzt, um neuartige Krebstherapien mittels spezieller Bakterien zu testen als auch nicht-invasiv Stammzellen bei der Arbeit in Haarfollikeln zu beobachten.

Optische Biopsien von Astronauten

Eines der spektakulärsten Projekte der Firma ist die Kooperation mit der NASA und der Europäischen Raumfahrtagentur ESA. Es geht um die Bestimmung von Hautalterungs- Effekten von Astronauten als Resultat eines halbjährigen Aufenthaltes auf der Raumstation ISS.

Hautprobleme wie Trockenheit, Ausschläge, Juckreiz, verminderte Elastizität, dünnere Haut und langsame Wundheilung sind die am häufigsten auftretenden Gesundheitsprobleme der Astronauten. Neben der Schwerelosigkeit sind Astronauten einer erheblichen Strahlenbelastung ausgesetzt. Zudem können Biopartikel von der eigenen Haut als auch von den anderen Crew-Mitgliedern, allergische Reaktionen hervorrufen. Die Lebensdauer einer Hautzelle beträgt normalerweise 4 Wochen. Die obere Haut erneuert sich also innerhalb eines Monats komplett.

Wissenschaftler des ESA-Projektes „Skin B“, zudem auch JenLab’s Forscher gehören, hoffen mittels Multiphotonen-Tomographie die Frage zu beantworten, wie die Hautgenerierung der Astronauten beeinträchtigt wird. Die Haut wird zwar schneller im All als auf der Erde altern, aber möglicherweise entwickeln die Astronau en eine effizientere Regeneration und Wundheilung nach ihrer Ankunft auf der Erde. Zudem besteht auf der ISS die Möglichkeit, die Wirkung spezieller Hautschutzsalben mit Antioxidantien zu testen. Gegenwärtig werden den Astronauten Luca Parmitano, Alexander Gerst und Samantha Cristoforetti Multiphotonen-Biopsien vor dem Start und nach der Landung entnommen.

Für zukünftige interplanetare Weltraumflüge wird es notwendig sein, die Effekte der kosmischen Strahlung, der Biokontamination und der Mikrogravität direkt an Board zu messen. JenLab arbeitet an einem Tomographen der nächsten Generation: ein ultrakompaktes, leicht zu bedienendes System für Anwendungen auf der Erde und im All, das genutzt werden kann, um medizinische Risiken durch die Messung optischer Gewebeparameter zu erfassen. Der Plan sieht vor, dieses Gerät zunächst an den höchsten Bergen der Erde zu testen, ehe es extraterrestrisch eingesetzt wird. Der Geschäftsführer der JenLab GmbH hat bereits mehrmals Achttausender bestiegen.

Mehr Informationen

The New Economy, Summer 2014 Ausgabe, Seiten 44-45
online: www.theneweconomy.com
published by World News Media, London

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