Schweißen mit ultrakurzen Laserpulsen: Forschende arbeiten an einer schonenden ­Methode, um Gewebe wieder zusammenzufügen

Um Organe und Gewebe nach einem chirurgischen Eingriff wieder möglichst natürlich zu verbinden und die Funktion rasch wiederherzustellen, erweisen sich Laser zunehmend als eine schonende und wirkungsvolle Alternative. Etablierte Methoden, um Wunden durch Nähen, Klammern oder Kleben wieder zu verschließen, sind zwar gut entwickelt, jedoch kein Allheilmittel. So erlauben Kleber, einmal aufgetragen, keine Korrektur des Wundverschlusses mehr, während etwa Metallklammern keine wasserdichte Verbindung bilden, was zu Entzündungen führen kann.

Maria Chernysheva, Leiterin der Nachwuchsgruppe „Ultrakurzpuls-Faserlaser“, hat nun gemeinsam mit einem Team der britischen Aston Medical School eine multifunktionale optische Fasersonde entwickelt, mit der sich biologisches Gewebe zuverlässig wieder vereinigen lässt. Mit einem ultraschnell gepulsten Faserlaser ist es den Forschenden gelungen, die Wände sezierter Hühnerherzen so zusammenzuschweißen, dass eine dem nativen Gewebe entsprechende, zugfeste Verbindung entstanden ist. Den Schweißprozess überwachten die Forschenden mit Hilfe von Fluoreszenzspektroskopie, die die biochemische Zusammensetzung des Gewebes erkennt. „Wir sind ganz spontan auf diese Idee gekommen“, berichtet Maria Chernysheva. „Bei einem Experiment zur Laserablation von Herzgewebe fiel uns auf, dass sich das Fluoreszenzspektrum des Gewebes während der Laserbestrahlung bei bestimmten Strahlungsparametern anders verhielt, als wir es erwarteten.“ Als sie das Spektrum untersuchten, kamen die Forschenden zu dem Schluss, dass die Zunahme der charakteristischen Peaks von Elastin, Kollagen und Methämoglobin den Beginn der Verschweißung anzeigt. Geführt durch die Fluoreszenzspektroskopie, variierten sie Laserleistung, Pulspaketdauer und Belichtungsrate und fanden schließlich das effektivste Verfahren. Im Vergleich zum konventionellen modengekoppelten Betrieb ermöglicht dies eine schonendere und zugleich tiefergehende Verschweißung des Gewebes.

Schnellere Heilung, weniger Komplikationen

„Im Vergleich zum konventionellen Nähen ist das Laserschweißen potenziell weniger traumatisch sowie für die Chirurginnen und Chirurgen einfacher und schneller durchzuführen“, erläutert Maria Chernysheva. „Die Heilung wird beschleunigt. Die Wunde ist sofort dicht verschlossen, das Risiko postoperativer Komplikationen sinkt.“ So würden Fremdkörperreaktionen vermieden; die Gefahr von Nekrosen — ein Absterben von Gewebe — an den Rändern werde ebenso minimiert wie die Bildung einer großen Narbe.

In einem nächsten Schritt wollen die Forschenden ihren Ansatz für die minimalinvasive Chirurgie nun auf andere biologische Gewebe ausweiten und das Laserschweißen von Gewebe für die In-vivo-Anwendung erforschen. Eine Langzeitstudie an Tiermodellen soll zeigen, wie sich das Laserschweißen auf die Dynamik der Wundheilung auswirkt.