Markerfreie Schnelldiagnose von Dickdarmkrebs

Claus Küpper, Frederik Großerüschkamp, Angela Kallenbach-Thieltges und Klaus Gerwert (von links) entwickeln neue Verfahren zur Krebsdiagnose. (Foto: RUB, Marquard)

Mit einem neuen Verfahren lassen sich Gewebeproben aus dem klinischen Alltag nun innerhalb weniger Minuten auf Dickdarmkrebs testen. Dazu setzen die Forscher der Ruhr-Universität Bochum ein neuartiges Infrarot (IR)-Mikroskop mit Quanten-Kaskaden-Lasern ein.

Da die Analysen zu lange dauerten, hatte sich das bisher verwendete IR-Mikroskop noch nicht als diagnostisches Werkzeug in der Klinik durchgesetzt. Durch Einsatz der neuen Lasertechnik lässt sich die Messdauer extrem verkürzen. Das IR-Mikroskop gekoppelt mit bioinformatischer Bildanalyse erkennt Krebsgewebe markerfrei und automatisch.

Schnell und zuverlässig

Bereits in früheren Studien hatten die Biophysiker das Potenzial des IR-Mikroskops in Kombination mit bioinformatischer Bildanalyse (IR-Imaging) als diagnostisches Werkzeug zur Klassifizierung von Gewebe aufgezeigt. Als problematisch erwiesen sich jedoch die lange Dauer bis zu einem Ergebnis. Herkömmliche klinische Schnelldiagnosen dauern etwa 20 Minuten, das sogenannte Fourier-Transform (FT)-IR-Imaging jedoch einen ganzen Tag. Nun haben die Wissenschaftler den Messaufbau deutlich vereinfacht und die FT-Technik durch die Quanten-Kaskaden-Lasertechnik ersetzt. Bildlich gesprochen wurde dadurch eine diffus abstrahlende schwache Glühbirne gegen fein gebündeltes intensives Laserlicht ausgetauscht.

In Zusammenarbeit mit dem Institut für Pathologie der Ruhr-Universität unter Leitung von Prof. Dr. Andrea Tannapfel werteten die Wissenschaftler 120 Gewebeproben von Patienten mit Dickdarmkrebs mittels IR-Imaging aus. Die Analyse basiert auf selbst entwickelten Algorithmen der Biophysiker, mit denen die IR-Bilder von den Gewebeproben mit dem Computer eingefärbt werden. Die Ergebnisse stimmten zu 97 Prozent mit der klassischen histopathologischen Analyse überein. Zudem konnte die reine Messdauer um den Faktor 160 verkürzt werden.

Zur Kontrolle wurden die Messungen mit zwei verschiedenen Geräten durchgeführt. Zudem erfolgte die Analyse durch mehrere Anwender, was aber das erzielte Ergebnis nicht beeinflusste. „Die Methode ist nun sehr schnell, zuverlässig und unabhängig von einem bestimmten Gerät oder Nutzer“, sagt die am Forschungsprojekt beteiligte Wissenschaftlerin Angela Kallenbach-Thieltges und ergänzt: „Das eröffnet neue Wege in der automatisierten Charakterisierung von Gewebeproben direkt am Patienten.“

Gute Aussichten

Künftig wollen die Forscher das Verfahren zur schnelleren Diagnose von Dickdarmkrebs in den klinischen Workflow einbringen. „Die automatisierte Bildanalyse könnte zukünftig als zeitsparendes, möglicherweise sogar in-situ einsetzbares Diagnostikum eingesetzt werden“, so die Pathologin Andrea.  Dickdarmkrebs ist eine der am häufigsten auftretenden Tumorerkrankungen, die bei früher Diagnose noch gut therapierbar ist. Die Ergebnisse geben nach Ansicht der Forscher nun Anlass zur Hoffnung auf eine präzisere Therapie, die personalisiert für jeden einzelnen Patienten und damit am Ende auch erfolgreicher ist.

Das Forscherteam, bestehend aus Claus Küpper, Angela Kallenbach-Thieltges, Hendrik Juette, Andrea Tannapfel, Frederik Großerüschkamp und Klaus Gerwert, hat seine Erkenntnisse nun unter dem Titel „Quantum cascade laser-based infrared microscopy for label-free and automated cancer classification in tissue sections“ in der Zeitschrift Scientific Reports veröffentlicht.  Die Forschungsarbeiten wurden im „Pure“-Konsortium durchgeführt und durch das Land Nordrhein-Westfalen gefördert.