Biophotonik - Laser Zentrum Hannover

Die Gruppe Biophotonik des Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) befasst sich mit der angewandten Forschung und Entwicklung von Laser- und Bildgebungssystemen für die biomedizinische Forschung. Im Vordergrund stehen die 3D-Bildgebung und die Realisierung von Pionieranwendungen, beispielsweise der Lasereinsatz in Ophthalmologie, die Bearbeitung von Biomaterialien und die Zellmanipulation. Eine Translation der Forschungsergebnisse nimmt dabei eine wichtige Stellung ein.

Forschung

Überblick

In der Gruppe Biophotonik des Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) steht anwendungsnahe Forschung im Mittelpunkt. Die Arbeitsbereiche umfassen dabei vor allem die Medizintechnik, Ophthalmologie, Laser-Materialbearbeitung, Bildgebung und Zellmanipulation. In translatorischen Forschungsprojekten, häufig mit enger Einbindung von Industriepartnern, wird die Umsetzbarkeit neu entwickelter Pionieranwendungen evaluiert. Zudem werden neue Verfahren in grundlagenorientierten Projekten selbst erforscht und entwickelt.
„Die Gruppe Biophotonik umfasst derzeit 9 Mitarbeitende; sie ist Teil der Abteilung „Industrielle und Biomedizinische Optik“ des Laser Zentrum Hannover e.V (https://www.lzh.de/de/abteilungen/industrielle-und-biomedizinische-optik). Sie führt ihre Arbeit sowohl am NIFE als auch am LZH durch. Für die Forschung steht somit auch die erweiterte Infrastruktur des Laser Zentrum Hannover zur Verfügung.“

Ultrakurzpulslaser (UKP-Laser)

In der Gruppe besteht umfassende Erfahrung in der Anwendung von Ultrakurzpulslasern (UKP-Laser) in der Ophthalmologie. Maßgeblich war hier die Mitarbeit in der Entwicklung der Femtosekunden-LASIK. Bei dieser macht ein Laserschnitt in der Cornea den Einsatz eines Skalpells überflüssig. Zudem hat die Gruppe Biophotonik des LZH die Forschung im Bereich der Laseranwendung zur Presbyopie-Behandlung weltweit geprägt. Außerdem werden hier UKP-Laser eingesetzt, um beispielsweise die Veränderung des Collagengerüsts der Cornea mittels Lasereinstrahlung oder eine neuartige Therapie von Glaskörpertrübungen („Floater“) zu realisieren.(https://www.lzh.de/de/publikationen/pressemitteilungen/2020/xfloater)

Bildgebung

Eine zweite Säule bildet die Bildgebung. Dabei legt die Gruppe ihren Fokus auf individuelle Lösungen in der 3D-Bildgebung. Das vom LZH entwickelte lasertomografische Verfahren SLOT erlaubt die Darstellung von biologischen Proben bis zu wenigen Zentimeter Größe. Dieses Verfahren kann komplementär beispielsweise zur Multiphotonenmikroskopie eingesetzt werden, sodass auf die strukturelle Übersicht detaillierte Analysen folgen können. Der Einsatz ultrakurzer Laserpulse ermöglicht in beiden Verfahren die Anregung intrinsischer Kontrastmechanismen, beispielsweise von Collagen. Sie werden für die strukturelle Erforschung von Geweben eingesetzt, um etwa die Orientierung der extrazellulären Matrix in Tumorgewebe oder das neuronale Wachstum im Heuschreckenhirn darzustellen. Die Anwendung in der Qualitätskontrolle im Tissue Engineering oder der Produktion von Zellsphäroiden wird ebenfalls erforscht. Ergänzt wird das Methodenspektrum durch die Optische Kohärenztomographie, Nano-CT und Rasterelektronenmikroskopie.

Laser als Werkzeug für präzise Materialabtragung

In der Medizin wird der Laser vielfach als Werkzeug für präzisen Materialabtrag eingesetzt. Herausforderungen liegen dabei insbesondere in der Abstimmung von Laserparametern, Zielgewebe, Handhabbarkeit und Lasersicherheit. Die Gruppe Biophotonik ist auf diesem Gebiet in der translatorischen Forschung aktiv, um die Einführung vielversprechender Methoden in die klinische Praxis zu ermöglichen. Ein Beispiel ist hier der erleichterte Abtrag von Knochenzement in der Revisionsoperation von Endoprothesen (https://www.lzh.de/de/publikationen/pressemitteilungen/2020/hueftprothese-tauschen-knochenzement-mit-dem-Laser-schonender-entfernen). Gezielte Materialveränderungen, etwa von Hydrogelen im Tissue Engineering, werden auch in grundlagenorientierten Projekten erforscht.

Automatisierung

Ein stetig an Bedeutung gewinnendes Gebiet ist die Automatisierung und der erhöhte Durchsatz in der Probenherstellung, Verarbeitung und Analyse. In der Gruppe Biophotonik werden neue Anwendungen bis hin zu automatisierten Prototypen realisiert. Diese werden einerseits für weitere Forschung eingesetzt, etwa die automatisierte Laser-Zelltransfektion im Hochdurchsatz mittels Goldnanopartikel vermittelter Transfektion („GNOME“), und können andererseits mit Partnern aus der Industrie zur Marktreife weiterentwickelt werden. Im Bereich der Bildgebung wird zunehmend maschinelles Lernen eingesetzt, um die Informationstiefe zu erhöhen und die Verfahren zu optimieren.

Die Gruppe Biophotonik ist Teil der Abteilung „Industrielle und Biomedizinische Optik“ des Laser Zentrum Hannover e.V (https://www.lzh.de/de/abteilungen/industrielle-und-biomedizinische-optik). Sie führt ihre Arbeit sowohl am NIFE als auch am LZH durch. Für die Forschung steht somit auch die erweiterte Infrastruktur des Laser Zentrum Hannover zur Verfügung.

GRUPPENLEITUNG

Dr.

Tammo Ripken

Abteilungsleitung Industrielle und Biomedizinische Optik Laser Zentrum Hannover e.V.

Industrielle und Biomedizinische Optik

GRUPPENLEITUNG

Dr.

Sonja Johannsmeier

Gruppenleitung Biophotonik, Abteilung Industrielle und Biomedizinische Optik Laser Zentrum Hannover e.V.

Industrielle und Biomedizinische Optik

M.Sc.

Liza Lengert

M.Sc.

Alina Rahtz

Alle Publikationen finden Sie unter: https://www.lzh.de/de/publications/search

Schlagwörter

Bildgebung, Ophthalmologie, 3D-Imaging, Laser-Gewebe-Wechselwirkung, Prototypenbau, Automatisierung, maschinelles Lernen, Optische Kohärenztomographie, Zelltransfektion, Optogenetik

Kontakt

Dr. Sonja Johannsmeier

+49 511 2788-352

s.johannsmeier(at)lzh.de

Fax: +49 511 2788-100

LZH:
Hollerithallee 8
30419 Hannover
NIFE:
Stadtfelddamm 34
30625 Hannover

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