„Arthrose-Scanner“ in der Entwicklung

Fabian Peters
Gelenkverschleiß erkennen, bevor die Beschwerden einsetzen
Bei Arthrose (Gelenkverschleiß) treten die Beschwerden meist erst im fortgeschrittenen Stadium auf und der bereits eingetretene Verschleiß ist nicht mehr reversibel. Eine frühzeitige Diagnose könnte jedoch zur Vermeidung der Gelenkschäden beitragen. Mit einem speziellen Infrarot-Sensor ließen sich degenerative Veränderungen des Knorpels möglicherweise schon erkennen, bevor eine schmerzhafte Arthrose entsteht, berichtet die Universität Ulm.

Die Forscher um den Ulmer Chemiker Prof. Boris Mizaikoff arbeiten an einem Infrarot-Sensor, der im Zuge der minimal-invasiven Gelenkspiegelung eingesetzt werden soll, um degenerative Veränderungen des Knorpels zu erkennen. Das Projekt MIRACLE, an dem 13 europäische Partner aus Forschung und Industrie beteiligt sind, werde im Zuge des EU-Rahmenprogramms Horizont 2020 mit insgesamt 6,1 Millionen Euro gefördert, so die Mitteilung der Universität Ulm. In etwas mehr als drei Jahren solle der „Arthrose-Scanner“ bereits marktreif sein.

Ein Arthrose-Scanner soll degenerative Veränderungen des Knorpels frühzeitig erkennen und dabei helfen, irreversible Gelenkschäden zu vermeiden. (Bild: psdesign1/fotolia.com)

Gelenke möglichst lange erhalten
Im fortgeschrittenen Lebensalter leiden zahlreiche Frauen und Männer an schmerzhaften Verschleißerscheinungen der Gelenke, die als Arthrose bezeichnet werden. Der Gelenkverschleiß ist irreversibel und um den Knorpelabrieb einzudämmen bzw. das betroffene Gelenk möglichst lange zu erhalten, ist frühzeitiges Gegensteuern gefragt. Dies erfordert jedoch auch eine frühe Diagnose der degenerativen Veränderungen. Europäische Forschungseinrichtungen und Unternehmen aus sechs Ländern unter Koordination der finnischen Universität Oulu arbeiten daher in dem Projekt MIRACLE daran, ein neues Diagnoseverfahren zu entwickeln.

Minimal-invasive Gelenkspiegelung mit Arthrose-Scanner
Das Forscherteam um Professor Boris Mizaikoff, Leiter des Ulmer Instituts für Analytische und Bioanalytische Chemie, ist an der Entwicklung des neuen Verfahrens auf Basis eines Sensors im mittleren Infrarotbereich beteiligt. Dieser Sensor soll während eines chirurgischen Eingriffes eingesetzt werden und Knorpelveränderungen bereits feststellen, bevor eine Arthrose entsteht. „Der neuartige Sensor detektiert molekulare Veränderungen im Zuge der minimal-invasiven Gelenkspiegelung (Arthroskopie) und könnte eine wesentliche Bereicherung für Patientenversorgung und Forschung sein“, berichtet die Universität Ulm.

Verletzungen des Knorpels frühzeitig erkennen
Bei einer Arthrose zeigen sich die typischen Symptome wie Anlaufschmerzen, Morgensteifigkeit und eine verminderte Belastbarkeit meist erst im fortgeschrittenen Stadium. „Die Diagnose mittels bildgebender Verfahren oder Gelenkspiegelung wird oft erst gestellt, wenn der schützende Knorpel bereits stark abgetragen ist und womöglich schon die Gelenkflächen aufeinander reiben“, berichtet die Universität Ulm. Das Fortschreiten der Krankheit und letztlich der Ersatz des Gelenks könnte in in vielen Fällen jedoch verzögert werden, wenn Verletzungen des Knorpels frühzeitig erkannt und behandelt würden. Neue Diagnoseverfahren sind daher gefragt und der arthroskopischen Infrarot-Sensor bietet hier einen vielversprechenden Ansatzpunkt.

Auch eine bessere Therapiekontrolle das Ziel
„Neben einer verbesserten unmittelbaren Diagnostik kann mithilfe dieser Messtechnik auch der Erfolg neuartiger Therapien überprüft werden“, erklärt Professor Mizaikoff, dessen Team derzeit den Prototypen des arthroskopischen Infrarot-Sensors entwickelt. Die Ulmer Forscher bringen vor allem ihre Expertise im Bereich Infrarotspektroskopie und in der Miniaturisierung molekular-spezifischer Sensortechnologien in das Projekt ein, so die Mitteilung der Universität. Der neue Sensor basiere „auf einer Serie abstimmbarer Quantenkaskadenlasern, einem integrierten Strahlkombinator, Infrarot- Lichtwellenleiterfasern, sowie einem Sensorelement, das im mittleren Infrarotbereich zur Spektroskopie und Bildgebung dient“, erläutert Prof. Mizaikoff.

Prototyp des Arthrose-Scanners hat bereits überzeugt
Den Angaben der Forscher zufolge ist die Integration aller erforderlichen Komponenten in ein hochkompaktes Format, das die tatsächliche Anwendung während des arthroskopischen Eingriffs erlaubt, eine besondere Herausforderung. Ein miniaturisierter Prototyp habe im Vorfeld des Projekts jedoch bereits überzeugt. In Meniskusproben seien mit diesem beispielsweise krankhafte Veränderungen, aber auch atherosklerotische Ablagerungen an der Blutgefäßinnenseite erfolgreich detektiert und klassifiziert worden. „Im Zuge einer Gelenkspiegelung dürfte MIRACLE für den Operateur einfach zu handhaben sein und akkurate Ergebnisse liefern, weshalb der Sensor möglichst schnell bis zur Marktreife entwickelt werden soll“, berichtet die Universität Ulm. Mit Hilfe des Arthrose-Scanners erhoffen sich die Wissenschaftler auch ein besseres Verständnis der Krankheitsentstehung und -entwicklung. (fp)