Antikörper bekämpfen Viren und Bakterien. Sie heften sich auch an Krebszellen – in einer typischen, charakteristischen Weise. Fraunhofer-Wissenschaftler nutzen diese Eigenschaft, um Krebszellen in Gewebeproben nachzuweisen. Solche Schnelltests können Chirurgen bereits während der Operation anwenden – innerhalb weniger Minuten und ohne teures Gerät.

Der Tumor leuchtet hell auf der bläulich-schimmernden MRT-Aufnahme. Das Geschwür ist lokalisiert. Mit dieser Information geht der Chirurg an die Arbeit. Jetzt muss er sich auf seine Augen verlassen. Die Kunst ist es, nicht zu viel wegzuschneiden und das kranke Gewebe komplett zu entfernen. »Tumore bei Gewebeschnitten exakt zu lokalisieren, ist nicht einfach. Im Kern des Krebsgeschwürs ist es einfach, krankes von gesundem Gewebe zu unterscheiden, an den Rändern dagegen nicht: Tumore breiten sich asymmetrisch aus«, sagt Dr. Joachim Storsberg vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP in Potsdam-Golm. Ein speziell ausgebildeter Fachmann, der Histologe, untersucht die bei der Operation herausgeschnittenen Gewebeproben mit hochauflösenden Mikroskopen. Er identifiziert für Krebszellen charakteristische Strukturen und signalisiert dem Chirurgen, ob noch Geschwüre enthalten sind oder nicht. Das kann mehrere Tage dauern.

Tests während der Operation

Das IAP hat einen polymerbasierten Schnelltest entwickelt, der in einem Gewebeschnitt Tumorzellen visuell mit einem einfachen Mikroskop von gesunden Zellen unterscheidet. Chirurgen können den Test noch im OP-Saal anwenden. Das spart Zeit und Kosten. »Untersuchungen haben gezeigt, dass auf Tumorzellen Rezeptoren sitzen, an denen bestimmte, speziell gezüchtete Antikörper anhaften – zum Beispiel Östrogen-Antikörper an Brust-Karzinomen. Mit Hilfe dieser ›Immundiagnostika‹ ist der Chirurg innerhalb weniger Minuten in der Lage nachzuprüfen, ob alles kranke Gewebe entfernt wurde«, erklärt Storsberg den Mehrwert des neuen Tests. »Einmal auf die Gewebeprobe gesetzt, machen sich die Antikörper eigenständig auf die Suche nach ihrem Gegenpart – die für sie typischen Rezeptoren.«

Nachdem der Chirurg die Antikörper auf die Gewebeprobe aufgetragen hat, gibt er eine farbige Wasserlösung hinzu, mit der einzelne Enzyme des Antikörpers oxidieren. Die Farbe der Lösung ändert sich: An den Gewebestellen, an denen das geschieht, befindet sich krankes Gewebe. »Der Test ist sehr vielseitig: Je nach Tumorart können verschiedene Antikörper verwendet oder kombiniert werden«, erklärt Storsbergs Kollege Dr. Christian Schmidt. Zur Sicherheit färbt ein Gegentest im nächsten Schritt die gesunden Zellen charakteristisch ein. Sobald beide Tests keine Tumorzellen mehr detektieren, kann der Chirurg die Operation abschließen: Er hat alle kranken Zellen herausgeschnitten.

Smartphone oder einfaches Mikroskop

Die Wissenschaftler arbeiten daran, die farblichen Kontraste zwischen gesunden und kranken Gewebezellen noch deutlicher sichtbar zu machen. Diese Arbeiten werden im Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) vom  Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert.

Weitere Informationen

Krebs kostet die EU über 120 Milliarden Euro. Laut Statistischem Bundesamt erlagen 25 Prozent aller im Jahr 2013 in Deutschland gestorbenen Personen einem Krebsleiden. Tumore bleiben mit über 223 000 Sterbefällen nach den Herz-Kreislauferkrankungen die zweithäufigste Todesursache. Die Krankheit kostete die Europäische Union (EU) im Jahr 2009 insgesamt 126 Milliarden Euro. Das hatten Wissenschaftler der University of Oxford und des King‘s College London 2013 herausgefunden.

Dr. Joachim Storsberg, Fraunhofer IAP, Potsdam-Golm: »Im Prinzip ist es möglich, die Farbänderung mit einem Smartphone oder einer günstigen Kamera zu erkennen. Das ist interessant für Krankenhäuser, die sich keine teuren diagnostischen Geräte leisten können – zum Beispiel in Entwicklungs- oder Schwellenländern.«

Dr. Christian Schmidt, Fraunhofer IAP, Potsdam-Golm: »Wir haben noch nicht genau untersucht, wie viel Geld sich durch unseren Test exakt einsparen lässt. Dazu brauchen wir zunächst Zahlen aus der Praxis. Durch den Einsatz einfacherer Geräte und die Zeitersparnis lässt sich das Potenzial aber erahnen.«

Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP

Das von Prof. Dr. Alexander Böker geleitete Fraunhofer IAP in Potsdam-Golm ist spezialisiert auf Forschung und Entwicklung von Polymeranwendungen. Es unterstützt Unternehmen und Partner bei der maßgeschneiderten Entwicklung und Optimierung von innovativen und nachhaltigen Materialien, Prozesshilfsmitteln und Verfahren. Neben der umweltschonenden, wirtschaftlichen Herstellung und Verarbeitung von Polymeren im Labor- und Pilotanlagenmaßstab bietet das Institut auch die Charakterisierung von Polymeren an. Synthetische Polymere auf Erdölbasis stehen ebenso im Fokus der Arbeiten wie Biopolymere und biobasierte Polymere aus nachwachsenden Rohstoffen. Die Anwendungsfelder sind vielfältig: Sie reichen von Biotechnologie, Medizin, Pharmazie und Kosmetik über Elektronik und Optik bis hin zu Anwendungen in der Verpackungs-, Umwelt- und Abwassertechnik oder der Automobil-, Papier-, Bau- und Lackindustrie.

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