Raman-Spektroskopie in der Biomedizin – Spektroskopische Analyse mit Fokus auf Krebs- und Herz-Kreislauf-Erkrankungen

Die zerstörungs- und markierungsfreie lineare und nichtlineare optische Bildgebung mit Hilfe verschiedener Raman-spektroskopischer Techniken hat ihre erfolgreiche Anwendung in der Molekularbiologie und der Biomedizin bewiesen. Insbesondere bei Krebs- und Herz-Kreislauf-Erkrankungen, welche häufig im Zusammenhang stehen und ein hohes Sterberisiko beinhalten, ermöglicht die Raman-Spektroskopie die Krankheitsdiagnose und Analyse verschiedener Entwicklungsstadien. Basierend auf der Vielzahl an spektralen Informationen der mikroskopischen 2D und 3D Raman-Bildgebung von Biopsien, Blut oder Zellen lassen sich mögliche zugehörige Krankheitsverläufe und die Erfolge einer entsprechenden Therapie im Detail und zusätzlich zeitaufgelöst verfolgen. Neue technische Entwicklungen bei der konfokalen Raman-Mikrospektroskopie, der kohärenten Anti-Stokes-Raman-Streuung (CARS), der Mikroskopie der zweiten harmonischen Generation (SHG) und anderer spektroskopischer und mikroskopischer Verfahren haben zur weiteren Optimierung von Behandlungsstrategien für Patienten und zum besseren Verständnis der gemeinsamen Merkmale dieser Krankheiten beigetragen. Der Kontrast der Raman-Bildgebung von Gewebe oder einzelnen Zellen basiert auf der inelastischen Streuung von Licht an den Proben, die – ähnlich wie bei der optischen Spektroskopie der Festkörperphysik – durch die Änderung von Rotations- und Vibrationsmoden funktioneller Gruppen hervorgerufen wird. Die komplexen Strukturen biomedizinischer Proben liefern die krankheitsbedingten Strukturinformationen als sogenannte „molekulare Fingerabdrücke“, erfordern jedoch eine umfassende Datenvorverarbeitung und multistatistische Analyse. 

Die Entwicklung und Applikation der modernen Raman-Spektroskopie, welche zu einer entscheidenden Methode bei der Diagnose und Therapie von Krebs-, Herz-Kreislauf- und verschiedenen Stoffwechsel-Erkrankungen geworden ist und auch bei der Überwachung krankheitsbedingter biomolekularer Veränderungen während unterschiedlicher Krankheitsstadien sowie bei der Therapie und Kontrolle von Arzneimittelbehandlungen und Arzneimitteltoxizität angewendet wird, werden in diesem Vortrag erörtert.