High-end Lasertechnologie zur Früherkennung von Lungenkrebs

Nobelpreis-gekrönte Lasertechnologie im Einsatz am Lungentumorzentrum der LMU in Großhadern

In Zusammenarbeit mit dem diesjährigen Nobelpreisträger für Physik, Ferenc Krausz, hat das Klinikum der Ludwig-Maximilian-Universität als Erstes die klinische Anwendung der bahnbrechenden Laser-Technologie erprobt. 2017 startete das gemeinsame Projekt „Laser4Life“. Der Hintergrund: Krankheiten hinterlassen Spuren im Blut, sie verändern die molekulare Zusammensetzung. Bis dahin aber konnte man diese winzigen Spuren nicht sinnvoll messen oder analysieren. Mit der u.a. von Krausz erforschten Attosekunden-Messtechnik könnten sie jedoch abgetastet werden.

Da die Lasertechnologie noch in Erprobung ist, wurde eine Studie an Blutproben mit herkömmlicher Infrarotspektroskopie durchgeführt, das auf einem ähnlichen Konzept beruht. In Kooperation mit der Medizinischen Klinik und Poliklinik V für Pneumologie (Direktor: Prof. Dr. Jürgen Behr) und dem Lungentumorzentrum München (Leitung: Prof. Dr. med. Amanda Tufman und Prof. Dr. med. Niels Reinmuth) - alle drei DZL-Forschende - wurden Patienten mit Lungenkrebs im Vergleich zu Patienten mit Brust-, Prostata-, oder Blasenkrebs sowie nicht erkrankten Kontrollpersonen untersucht. In einer Zwischenauswertung mit 1927 Teilnehmern zu den vier Hauptentitäten konnten hoch-präzise, individuelle Spektren aus Blutserumproben als auch aus Blutplasma erzeugt werden, die diagnostische Informationen sowohl über die Art der Krebserkrankung als auch über das Tumorstadium enthielten.

Mittels machine learning Algorithmen gelang es, bei Lungenkrebspatienten spezifische Muster mit einer diagnostischen Treffsicherheit von 89 % zu identifizieren. Im Vergleich zu den anderen untersuchten Tumorarten waren die Signale der Lungenkrebspatienten am deutlichsten ausgeprägt.  Die „Attoworld“, wie Mit-Entdecker Krausz sein Forschungsgebiet nennt, könnte also die Früherkennung von Lungenkrebs revolutionieren. Eine entsprechende Studie an 19.000 Patienten wurde beantragt und wird aktuell von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) begutachtet.

Klinische Studie startete im Frühjahr 2023

In diesem Jahr bereits startete die Rekrutierung von Patientinnen und Patienten für die dazugehörige klinische Studie "Molecular Fingerprinting for Cancer Detection". Ein Ziel ist es, mit Hilfe der Elektrofeld-Molekularspektroskopie ein medizinisches Gerät zu entwickeln, das die derzeitige primäre Krebsdiagnostik ergänzt. In den nächsten Jahren sollen Tausende von Personen mit verschiedenen Krebsarten sowie Kontrollpersonen zunächst am Klinikum der LMU München und später an anderen Kliniken in Deutschland in die Studie aufzunehmen. Das Studien-Team wird die Blutproben mit Hilfe der Infrarotspektroskopie in den Laserlabors der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU München) in Garching verarbeiten und messen.

Weitere Informationen zu Projekten der LMU und des LMU Klinikums, bei denen der Einsatz von Lasertechnologien in der Medizin erforscht wird, finden Sie unter Lasers4Life.

Die Physik-Nobelpreise 2023 gingen an den Inhaber des Lehrstuhls für Experimentalphysik/Laserphysik an der LMU und Direktor am Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching, Prof. Ferenc Krausz; zusammen mit Anne L’Huillier von der Universität Lund, Schweden, und Pierre Agostini von der Ohio State University, USA. Die drei Forschenden wurden für experimentelle Methoden ausgezeichnet, die es erlauben, Attosekunden-Lichtpulse zu erzeugen, um damit das Verhalten von Elektronen in Atomen und Molekülen zu untersuchen.

Weitere Informationen:

Eissa, T. et al.: Limits and Prospects of Molecular Fingerprinting for Phenotyping Biological Systems Revealed through In Silico Modeling. In: Analytical Chemistry 2023, doi:10.1021/acs.analchem.2c04711

Kepesidis, K.V. et al.: Breast-cancer detection using blood-based infrared molecular fingerprints. In: BMC Cancer 2021, doi:10.1186/s12885-021-09017-7

Huber, M. et al.: Infrared molecular fingerprinting of blood-based liquid biopsies for the detection of cancer. In: eLife 2021, doi:10.7554/eLife.68758

Voronina, L. et al.: Molecular Origin of Blood-Based Infrared Spectroscopic Fingerprints. In: Angew Chem Int Ed Engl 2021, doi: 10.1002/anie.202103272

Huber, M. et al.: The stability of person-specific blood-based molecular fingerprints opens up prospects for health monitoring. In: Nature Communications 2021, doi: 10.1038/s41467-021-21668-5