9. COMPAMED Tavaszi Fórum betekintést nyújt a trend témákba a COMPAMED 2015 előtt

A fény az orvostudományban már évek óta nélkülözhetetlen segédeszköz. A fotonikus eljárások ma már nem nélkülözhetők az endoszkópiában, lézeres műtétekben, Lab-on-a-Chip rendszerekben, biomedicinális optoszenzorokban és más területeken sem. Ezen háttérrel rendezték meg idén a 9. COMPAMED Tavaszi Fórumot (május 7., Frankfurt am Main), amelyet a Messe Düsseldorf a Mikrotechnika IVAM szakmai szövetséggel együtt szervezett, és amelynek témája volt „Fény a gyógyászati technikában – fotonikus alkalmazások diagnosztikai és terápiás eljárásokhoz”, ezzel első bepillantást adva a COMPAMED 2015 trendjeibe Düsseldorfban. A több mint 700 kiállítóval nemzetközileg vezető szakkiállítás az orvostechnikai beszállítóknak 2015. november 16-19. első alkalommal négy napon keresztül, teljes mértékben párhuzamosan a világ legnagyobb orvosi vásárával, a MEDICA 2015-tel (kb. 4.800 kiállító), kerül megrendezésre, és ezután mindig az új, hétfői és csütörtöki napokon lesz megtartva.

Elsősorban a modern lézerek alkalmazási területei egyre bővülnek. A lézerek sokkal precízebben vágják a szöveteket, mint bármely skalpel, ráadásul képesek a szövetek összeszorítására is. A testben lévő kövek eltávolítására is gyakran a fókuszált fénycsóva a választott eszköz. A lágy szövetek vágásában és eltávolításában a lézer felülmúlja más technológiákat, például az elektromos vagy hanghullámokat. A fotonika különösen jelentős fejlődést ért el minimál invazív műtétek terén. Az endoszkópia, azaz a test belső vizsgálata megfelelő eszközökkel, már évek óta sikeresen alkalmazott és folyamatosan fejlesztett módszer. A fényforrások, a fényvezetés és a kamerarendszerek folyamatos fejlesztése kulcsfontosságú a műtétek egyre kíméletesebb, gyorsabb és pontosabb végrehajtásában.

A gyógyászat nagy reményeket fűz a sejtek közvetlen vizsgálatához is. A cél az, hogy molekuláris vagy sejtszintű folyamatokat megértsünk és kimutassunk. Ez lehetőséget ad arra, hogy a betegségeket korai stádiumban felismerjük, jobb diagnózist állítsunk fel, és célzottabban kezeljük – többek között egy olyan módszerrel, amely a rák korai felismerését teszi lehetővé. A Göttingenben dolgozó Max-Planck kutató Stefan Hell által kifejlesztett fluoreszcens mikroszkóp felbontása már olyan magas, hogy egyes molekulák is láthatóvá válnak. Hell 2014-ben kapta meg a Nobel-díjat kémia terén a forradalmi, szuperfelbontó fluoreszcens mikroszkóp munkájáért, valamint az orvostudományban az „eszköz fényért” járó elismerést.

Nincs kérdés, a biophotonika, lézeres alkalmazások és mikrooptika egyre inkább beépül az orvostechnikai eszközök közé, mivel ezek a módszerek különösen kockázatmentesek és a páciensek számára barátságosak. A „Beyond White Light – Új képalkotó módszerek a diagnózis és a terápia fejlesztéséhez minimál invazív sebészetben” című főelőadásában Thorsten Jürgens, az Olympus Surgical Technologies Europe technológiai fejlesztési koordinátora beszélt az új képalkotó eljárásokról, amelyek jelentősen javítják a mikrosebészet lehetőségeit. Például a Narrow Band Imaging (NBI) segítségével finom struktúrák és kapilláris mintázatok felismerhetők a nyálkahártya felületén. Az emberi szövetek nagyon jól abszorbeálják a rövid hullámhosszú fényt, amit itt használnak. Ezt a tulajdonságot sikeresen kihasználva az NBI további információkat szolgáltat, amelyek nem nyerhetők ki a normál endoszkópos képből. Egy szűrő két, 415 nm (kék fény) és 540 nm (zöld fény) hullámhossztartományban 60 nanométer széles spektrumot hoz létre. A hemoglobin abszorpciós jellemzője növeli a vérerek kontrasztját. A kék és zöld fény különböző behatolási mélységei alapján meghatározható, hogy melyik szöveti rétegen halad át a vérerek hálózata.

Ígéretes a fotodinamikus diagnosztika (PDD) is, amely in vivo képes felismerni különleges daganatokat, és már alkalmazzák dermatológiában és urológiában. Ehhez először egy fotoszenzitizálót juttatnak a szervezetbe, amely szelektíven halmozódik fel a daganatos sejtekben vagy azok közelében. A fényhatására a festékek fluoreszkálni kezdenek, majd a kibocsátott fényt detektálják. Széles spektrumú xenon fényforrásokat használnak, amelyekből a szükséges hullámhosszakat szűrőkkel választják ki. Az utóbbi években új, specifikus festékek is kifejlesztésre kerültek. „Az NBI és a PDD már rutinszerűen alkalmazott módszerek a klinikai ellátásban. A jövőben alternatív festékek lehetővé teszik a kockázati struktúrák és betegségek célzott megjelölését” – magyarázza Thorsten Jürgens.

Funkcionalizált nanostäbchen a rák korai felismeréséért

Egymás után több fotonikus platformot fejleszt az osztrák Technológiai Intézet (AIT) Bécsben, amely Ausztria legnagyobb nem egyetemi kutatóintézete. Az AIT részt vesz a NAMDIATREAM (Nanotechnológiai eszközkészletek többmódú betegségdiagnosztikához és kezelésnyomon követéshez) projektben, amelyet az EU finanszíroz, és a nanotechnológia alapú rák korai felismeréshez kíván hozzájárulni. Az AIT, amelynek van szabadalmaztatott innovatív immundiagnosztikai módszere, funkcionális mag-korong nanostäbcheneket fejlesztett ki, amelyek alkalmazása rendkívül egyszerű: „Már a mentőautóban elvégezhetők a mérések egy beteg nyálmintájával, ami a legjobb közvetlen vizsgálati módszer a helyszínen történő diagnózishoz” – magyarázza Dr. Giorgio C. Mutinati az AIT-től. A módszer optikai változásokat mér a mágneses maggal és nemesfém bevonattal ellátott nanostäbchenek rotációs dinamikájában. A minta speciális molekulái kötődnek a nanorészecskékhez, így mérhető módon változtatják meg a fizikai tulajdonságokat. A módszer számos előnnyel jár: csak kis mennyiségű mintára van szükség, amelyekhez nem kell előkészítés, az „keverés és mérés” kezelése egyszerű, az elemzési idő rövid.

Az optikai mikroszenzorok egyre inkább megjelennek az orvostechnikában is. A CiS Mikroszenzor kutatóintézet kifejlesztett egy fülbe helyezhető szenzort, amely nem-invazív módon mérheti a pulzust és a vér oxigénszintjét, és adatokat továbbít egy felvételi eszköz felé. A hosszú távú életparaméter-monitorozás rendszerét egy miniaturizált fényforrás és lézer-Doppler szenzor alkotja. „A mérési elv az, hogy a vér alkotórészein megtört fény lézerfény a Doppler-effektus szerint mozgási sebesség- és irányfüggő frekvenciamódosulást szenved” – magyarázza Dr. Hans-Georg Ortlepp a CiS-től. A forrásból származó hullám és az eredeti hullám összeolvadásakor interferencia-effektusok keletkeznek a detektorban, a mérhető frekvenciasávban. A mérési hely a hallójárat bemenetén lesz. A szenzort egy hallójárati hangkészülékbe építik, így a mérőegység viselhető hallókészülékként.

Hallani fénnyel

Normális a látás a fény által, de a hallás a fény segítségével egy új megközelítés, amit a Svájci Központi Elektronika és Mikrotechnika Kutatóintézet (CSEM) követ. Mert a fényt nemcsak egyre gyakrabban alkalmazzák diagnosztikában, hanem terápiában is. A cochleáris implantátumok eddig elektromos stimuláción keresztül működtek, de több szempontból, például rossz térbeli felbontásuk miatt, korlátozottak, például a „kölcsönhatás” miatt. Az „optokakusztikus” stimulációban a CSEM részt vesz az EU ACTION (Aktív implantátum optoakusztikus természetes hangfokozásra) projektben. „A projekt célja, hogy a súlyosan halláskárosult betegek hallását fokozza, kiküszöbölve a cochleáris implantátumok térbeli és időbeli stimulációjában lévő korlátokat, amelyek elektromos stimuláción alapulnak” – hangsúlyozza Dr. Stefan Mohrdiek a CSEM-től. Az ACTION azon az felfedezésen alapul, hogy pulzáló infravörös lézerfény képes kiváltani a hallási aktivitást a szőrsejtekben. A fő komponensek az optikai mikroszámítógépben lévő lézerek, amelyek az optikai stimulációhoz szilíciumalapú lézerdiódák, válasz-elektródák és rugalmas összekötő elemek, nyomtatott elektromos vezetékek. Még sok kihívás áll előttünk a rendszerek megvalósításában, többek között a miniaturizálás, az előrehaladott VCSEL lézerek hosszú hullámhosszakhoz, biokompatibilitás, mikrolencsék gyártása wafer-alapú technológiával és kis sorozatgyártás lehetősége.

A lézerfény ma már intenzíven alkalmazott az eltérő terápiás hatások elérésében, például akupunktúrában, szövetek párologtatásában vagy eltávolításában, illetve diszruptív eljárásokban (például bőr, porc vagy kövek esetén). Emellett a irányított fénycsóva a fotodinamikus terápiában és a hőmérsékleti koagulációban is alkalmazott. Különösen jó eredményeket lehet elérni olyan módszerekkel, amelyek során a fényt üvegoptikákból származó fény oldalirányban szórják ki, hogy nagyobb felületeket világítsanak meg. A berlini Lézer- és Orvostudományi Technológia (LMTB) fejlesztett ki merev és rugalmas szórókat lézerterápiához. „Új gyártási eljárást alakítottunk ki a polimer szórók számára, amelyek a kvarcüveg fényvezetőihez kapcsolódnak, és lézerindukált szóróközpontokat, ún. Micro-Dots-okat helyezünk a szóróanyagba” – mondja Dr. Jürgen Helfermann, az LMTB vezető projektmenedzsere. Ezzel különböző aktív hosszúságokat, 5 és 30 milliméter között lehet gyártani, ahol a sugárzás akár 90 százaléka oldalirányban történik. Ennek eredményeként magasabb lézerteljesítmények, akár 10 watt is elérhetők. A hullámhosszak az UV-től a közeli infravörösig terjednek. A merev szórók már bevezetésre kerültek, a rugalmas változatok fejlesztés alatt állnak.

Lézersebészet valós idejű ellenőrzéssel

A lézeres sebészet lehetőségeit valós idejű optikai koherenciamikroszkópiával (OCT) Dr. Alexander Krüger, a Hannoveri Lézerközpont (LZH) mutatta be a COMPAMED Tavaszi Fórumon. A szövetvágó lézer közvetlenül összekapcsolható az optikai képalkotó rendszerrel. A teljesen integrált megoldás közös lézereket, szkennereket és objektíveket használ. Alternatívaként moduláris, közös szkennert és különálló változatokat is alkalmaznak. A femtoszekundumos és excimer lézerek ma már sokféle alkalmazásban használatosak a szemsebészetben. Ezekkel célzottan módosíthatók a szem üvegtestei anélkül, hogy a retinát vagy az idegeket sértenénk. Gyors lézerekkel ma már innovatív kezelés végezhető például a szürkehályog, az öregkori távollátás és a retinagyulladás esetén, az OCT pedig közvetlen ellenőrzést biztosít. A jövőben várható, hogy a képalkotásra alapuló lézerterápia további alkalmazási területeket fog meghódítani – például daganatok eltávolítására, endoszkópos agyi lézersebészetre, csontvágásra és gége lézeres műtétekre.

„Kétségtelen, hogy a fény alkalmazása kiváló lehetőségeket kínál az orvostechnikában” – összegzi Dr. Thomas Dietrich, az IVAM ügyvezető igazgatója a jelen évi COMPAMED Tavaszi Fórum tapasztalatait. Ezért ez a rendkívül sokrétű téma, amely mind diagnózishoz, mind terápiához hozzájárul, a 2015. november 16-19. között a düsseldorfi vásárterületen, a 8a és 8b csarnokban megrendezendő COMPAMED kiállításon is fontos szerepet fog játszani.