Die EGK-Anzeige zuckt geräuschlos und regelmäßig auf einem der fünf Flachbildschirme. Zwei runde OP-Strahler richten ihr Licht auf das Gesicht des Säuglings, dessen Gesicht im Narkoseschlaf entspannt ist. Nur ein feuerroter Blutschwamm, ein Hämangiom, am oberen linken Augenlid stört den friedlichen Anblick. Oberarzt Peter Urban hat sich zuvor per Ultraschall ein Bild vom Ausmaß des Tumors unter der Haut gemacht und das Vorgehen kurz mit den Assistenzärzten und operationstechnischen Assistenzen besprochen. Jetzt wirft er einen prüfenden Blick in die Runde und fragt: "Haben alle die Schutzbrillen auf?" Dann beugt er sich über das kleine Gesicht und beginnt vorsichtig und konzentriert den verschiedenen Schichten des embryonalen Tumors zunächst mit einem Neodym-Yag-Laser, dann mit einem Farbstofflaser zu Leibe zu rücken. Ab und an erläutert er den Assistenzärzten Besonderheiten seines Vorgehens.

Der Laser zeigt's
© Jürgen Beuthan
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Mit Hilfe von gebündeltem Licht wollen die Forscher Gelenkrheuma besser prognostizieren, damit sie die Erkrankung besser behandeln können. In diesem Bild ist ein gesundes Fingergelenk zu sehen, was durch die Rotfärbung signalisiert wird.
Seit Theodore Maiman am 16. Mai 1960 den ersten Laser zündete, hat sich die Technik rasant entwickelt. Sehr schnell erkannten Wissenschaftler ein großes Potenzial in den monochromatischen, kohärenten Lichtbündeln. So wurde bereits 1964 der Nobelpreis für das Maser-Laser-Prinzip vergeben. Einer der Preisträger: Nikolai Bassow. "Bassow hatte einen Faible für medizinische Anwendungen", erinnert sich der emeritierte Medizinphysiker Jürgen Beuthan, der mehrfach für einige Monate mit Bassow gearbeitet hat. "Ich war einer von drei Mitarbeitern in Bassows Privatlabor an der Akademie der Wissenschaften in Moskau." Dort beschossen die Forscher Proteine für spektroskopische Messungen.

50 Jahre Laser(medizin)

Der erste wichtige Schritt auf dem Weg der Lasermedizin war die Erkenntnis, dass man die selektive Absorption des monochromatischen Laserlichts, beispielsweise durch Blutgefäße, nutzen können müsste. Kein einfaches Unterfangen: Zum einen ist der menschliche Körper für Wellenlängen im optischen Bereich nicht transparent. Zum anderen sorgte die Wärmeleitung bei den verhältnismäßig langen Laserpulsen der Anfangszeit dafür, dass sich die zerstörerische Wärmewirkung wenig selektiv im Gewebe ausbreitete. Laser anderer Wellenlängen – insbesondere der infrarote CO2-Laser – und kürzere Pulszeiten sorgten in den nächsten Jahrzehnten für deutliche Fortschritte.

Versuche, aus dem Streulicht des Lasers Rückschlüsse auf Veränderungen im Gewebe zu ziehen, erwiesen sich ebenfalls als kompliziert: Die Streuung im Gewebe ist schwer zu kontrollieren, da jeder Zellbestandteil und jeder Zelltyp spezifische, wellenlängenabhängige Eigenschaften aufweist. Es bleibt wenig anderes übrig, als zu schätzen und zu nähern. "Letztlich hat sich seit damals nicht viel verändert", so Beuthan, der noch heute als Gastwissenschafler an der Berliner Charité forscht. Nur der Erfahrungsschatz ist größer, die Annahmen sind präziser geworden. Eine grundlegende Zweideutigkeit aber bleibt: Ist ein Signal schwach, ist entweder die Ursache gering oder sie sitzt sehr tief.

Laser als Sehhilfe

Die Ambivalenz von Streusignalen muss kein Hindernis sein. Nasennebenhöhlen beispielsweise lassen sich mit nahinfrarotem Licht von der Mundhöhle aus durchleuchten. Das gestreute Laserlicht tritt dann unterhalb der Augen wieder aus. Ist die Intensität der austretenden Strahlung deutlich geringer als normal, deutet dies an, dass die Nebenhöhle vereitert ist. Denn das Eiweiß in den entzündlichen Absonderungen, die die Nebenhöhle verstopfen, absorbiert nahinfrarotes Licht deutlich stärker als eine gesunde Nasennebenhöhle.

Krankes Gelenk
© Jürgen Beuthan
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Ganz anders sieht dagegen ein unter Rheuma leidendes Fingergelenk aus: Das entzündete Gewebe erscheint im Laserlicht nur in Gelb.
Manchmal ist eine simple Durchleuchtung aber nicht ausreichend – zum Beispiel im Fall von Rheuma. Etwa eine Million Menschen sind in Deutschland von Rheuma betroffen, schätzt Beuthan, rund 80 Prozent davon an kleinen Gelenken. "Eine einfache Durchleuchtung können Sie sich als VW Käfer vorstellen. Bei einer zweidimensionalen Abbildung sind Sie dann in der Golfklasse", erklärt der Medzinphysiker. Dem WV Phaeton entspräche eine saubere, tomografische Abbildung. Die Schichtaufnahmen sind aber auf Grund der Doppeldeutigkeit des Signals sehr schwer zu erzeugen.

Genau daran arbeitet Jürgen Beuthan aktuell gemeinsam mit Kollegen: Um Tiefeninformationen zu bekommen, modulieren sie die Intensität der Laserstrahlung: Die Fronten der dabei entstehenden Intensitäts- oder "Photonenwellen" verformen sich beim Durchlaufen des Gelenks. Aus der Verzerrung schließen die Forscher auf Ort und Stärke der Streuung und können so die Schnittbilder errechnen. Schon jetzt gelingt es ihnen damit im Labor – früher als mit Hilfe eines Röntgenbilds –, rheumatische Veränderungen zu erkennen. Ähnliche Ansätze im Bereich der Mammografie sind aber gefloppt. "Im rheumatischen Gelenk verändert sich gut sichtbar etwa ein Drittel des Gewebes", erklärt Beuthan. Bei "großen Geometrien" wie der weiblich Brust hingegen gehen kleine, tief sitzende Knoten im Rauschen der menschlichen Variabilität unter.

Laser als therapeutisches Werkzeug

Aber Laser werden nicht nur zur Diagnose, sondern auch zur Therapie eingesetzt. Neben der Augenheilkunde, wo wohl die Hälfte aller medizinischen Laser zum Schweißen von Netzhäuten oder Behandlung von Fehlsichtigkeiten verwendet werden, verbreiten sie sich zunehmend in der Zahnmedizin. Dort bieten sie einige Vorteile: Die Kariesentfernung mit dem Erbiumlaser ist nahezu schmerzfrei, die Parodontaltherapie schneller und angenehmer. Außerdem lässt sich ein Wurzelkanal mit dem Laser selbst da noch sterilisieren, wo Spülflüssigkeit nicht hinreicht. "Trotz millionenfacher Anwendung der Technik sind Schäden dadurch noch nicht beschrieben worden", so Raimund Hibst, Direktor des Instituts für Lasertechnologien in der Medizin und Meßtechnik an der Universität Ulm.

Laser-OP
© Jan Philipp Bornebusch; Aufnahmen mit frdl. Gen. der Abt. Lasermedizin der Evangelischen Elisabeth Klinik Berlin, Dr. Carsten Philipp
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Häufig werden Laser mittlerweile für chirurgische Maßnahmen eingesetzt. Augenärzte korrigieren damit Fehlsichtigkeiten, Zahnärzte entfernen Karies, und Onkologen zerstören damit Tumoren.
Eine sehr bedeutende Rolle spielen Laser außerdem in Verbindung mit Lichtleitern für die minimalinvasive Medizin und ermöglichen eine Vielzahl endoskopischer Eingriffe. Bei solchen Operationen werden Schläuche oder Röhren durch natürliche Öffnungen oder kleine Einschnitte in den Körper geschoben. Führt man einen Lichtleiter ein, so kann dieser als Lichtquelle dienen, als Bestrahlungsinstrument oder Schneidewerkzeug. Gerät die Laserlicht führende Glasfaser in direkten Kontakt mit Körpergewebe, bildet sich eine verbrannte, schwarze Schicht an ihrer Spitze. Diese heizt sich dann so sehr auf, dass sie mühelos schneidet, ohne große Blutungen hervorzurufen.

In der Krebsmedizin machen sich die Ärzte einen weiteren Clou des Lasers zu Nutze. Ein Zungengrundtumor beispielsweise wächst meist oberflächlich und lässt sich eigentlich gut entfernen. Die verstärkte Durchblutung in seinem Umfeld erhöht die Konzentrationen des Enzyms NADH-Dehydrogenase, das der Laser "identifizieren" kann, indem er das Enzym zur Fluoreszenz anregt: Unter Laserbestrahlung mit einer Wellenlänge von 330 Nanometern fängt krankes Gewebe also an zu leuchten, so dass man es sicher erkennen und entfernen kann.

Laser in der Palliativmedizin

Sollte der Krebs bereits so weit fortgeschritten sein, dass er nicht mehr ohne tödliche Folgen entfernt werden kann, kommt der Laser als palliativmedizinisches Instrument zum Einsatz: Bei der laserinduzierten interstitiellen Thermotherapie wird ebenfalls ein Lichtleiter endoskopisch in die Tumoren eingeführt; genau dosierte Laserstrahlung verkocht dann große Teile des Tumors von innen heraus und verlangsamt so das Voranschreiten der Krankheit.

Mit Licht gegen Krebs
© Jan Philipp Bornebusch; Aufnahmen mit frdl. Gen. der Abt. Lasermedizin der Evangelischen Elisabeth Klinik Berlin, Dr. Carsten Philipp
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In der Fotodynamischen Therapie bekämpfen Mediziner weit fortgeschrittene Krebserkrankungen mit Hilfe von Lasern, die sie gezielt durch lichtreaktive Mittel bekämpfen. Auch wenn dadurch keine Heilung gelingt, so lindert sie wenigstens etwas das Leid der Patienten und wirkt lebensverlängernd.
Eine anderes Hilfsmittel der Palliativmedizin ist die so genannte Fotodynamische Therapie, wenn der Krebs so weit fortgeschritten ist, dass auf eine vollständige Heilung keine Aussicht mehr besteht. Den Ärzten bleibt nur, das Fortschreiten der Krankheit zu verlangsamen, um den Patienten so lange wie möglich die Lebensqualität zu erhalten. Dazu spritzen sie Fotosensibilisatoren wie Porphyrine oder Chlorin, der mit Chlorophyll verwandt ist und wie dieses auf Licht reagiert. Bestrahlt man die Verbindung mit einer geeigneten Wellenlänge, setzt er hoch reaktive Sauerstoffradikale frei, die im Körper durch Oxidation zum Tod von Zellen führt. Ziel ist also, zum Beispiel die Chlorinverbindung im Tumor anzureichern, dort mittels Laserstrahlung gezielt zu aktivieren und möglichst viele Tumorzellen abzutöten.

Solange sich das Chlorin im Körper befindet, müssen die Patienten vor normaler Lichteinstrahlung geschützt werden. Früher trugen Patienten deswegen Schutzkleidung, die an Astronautenanzüge erinnerte. Oder sie verharrten tagelang in dunklen Kellerräumen, bis die fotoreaktiven Mittel vollständig ausgeschieden waren. Heute injiziert man ihnen Stoffe, die auf bestimmte Wellenlängen wie etwa gelbes Licht nicht ansprechen. Die Patienten können also auch im Hellen warten – und das ist zumindest für das Gemüt ein Fortschritt.

In der Fotodynamischen Therapie sieht Carsten Philipp, Leitender Oberarzt der Abteilung Lasermedizin der Evangelischen Elisabeth-Klinik Berlin und Präsident der Gesellschaft für Lasermedizin, noch großes Potenzial. Lichtsensibilisatoren, die sich schneller verteilen und nach der Behandlung schnell ihre Wirkung verlieren, wären hilfreich. Oder Verbindungen, die eine noch bessere Affinität zu Tumorgewebe haben, am besten erst dort durch Stoffwechselvorgänge lichtsensibel werden: Dann wären gesunde Zellen weitgehend geschützt.

Insgesamt ist der Laser ist auf dem bestem Weg von einem "anderen Werkzeug der Chirurgie zur einem Instrument zur gezielten Beeinflussung von Zellen" zu werden, so Philipp. Und wenn dann noch neue Wellenlängen das Arsenal ergänzen, ist fast alles denkbar. "Die treibende Kraft hinter der Entwicklung neuer Lichtquellen ist vor allem die ästhetische Medizin", sagt der Lasermediziner und runzelt die Stirn. "Da liegt das Geld."

Laser und präventive Medizin?

So erfolgreich die laserbasierte Diagnostik und Therapie ist: In der präventiven Medizin spielt der Laser abseits von Forschungs- und Analysemethoden im Labor bisher kaum eine Rolle. Aber das soll sich jetzt ändern – und zwar auf spektakuläre Weise. Astrophysiker Lowell Wood, Wissenschaftler im Dienste der amerikanischen Strategic Defense Initiative, besser bekannt als "Star Wars", kam 2007 auf die Idee, das geplante laserbasierte Raketenabwehrsystem derart zu verkleinern, dass es Jagd auf Malaria übertragende Anopheles-Mücken machen kann.

Unterstützt von der Bill-and-Melinda-Gates-Stiftung sind Ingenieure des Privatunternehmens Intellectual Ventures inzwischen so weit, Weibchen der Anopheles-Mücke am Klang des Flügelschlags zu erkennen, sie anzupeilen und dann gezielt abzuschießen. Erfolgreiche Feldversuche für dieses manchmal spöttisch "Weapons of Mosquito Destruction" genannte System stehen allerdings noch aus.

Carsten Philipp macht angesichts dieser Pläne einen skeptischen Eindruck. Er überlegt kurz und schlägt dann vor, statt dessen lieber Patienten wie bei der Dialyse an einen externen Blutkreislauf anzuschließen und mit Hilfe eines Lasers die Malariaparasiten in der Blutphase abzutöten.