Die Lasersonde, das iKnife und die modernste Chirurgie

Wenn Ihnen der Gedanke, sich unters Messer zu legen, Angst macht, seien Sie beruhigt. Eine Operation ist nicht länger die brutale und gefährliche Erfahrung unserer Vorfahren. Dank Wundern wie der Laparoskopie, Roboterlösungen und neuerdings auch dem iKnife und der Lasersonde werden chirurgische Eingriffe immer sicherer.

Archäologen gehen davon aus, dass Menschen seit bis zu 11.000 Jahren chirurgische Eingriffe durchführen. Die Schädelchirurgie, auch Trepanation genannt, geht vermutlich auf die Jungsteinzeit zurück. Dabei wurde einem lebenden Menschen ein Loch in den Schädel gebohrt.

Spekulationen deuten darauf hin, dass es zur Heilung von Erkrankungen wie Krämpfen, Brüchen, Kopfschmerzen und Infektionen eingesetzt wurde. Die alten Ägypter nutzten die gleiche Operation, um Kopfschmerzen und Migräne „auszulassen“.

Ab 1812 berichtet das New England Journal of Medicine über Eingriffe, die heute als grauenhaft gelten würden, etwa das Einführen eines Hakens durch die Pupille eines Mannes während der Entfernung eines Grauen Stars oder die Verwendung von Blutegeln zum Aderlass. Als Pioniere ihrer Zeit bewiesen sowohl Chirurgen als auch Patienten bemerkenswerten Mut.

Wenn wir von dort in die Gegenwart springen, haben wir eine minimal-invasive Operation, bei der sogar eine Herztransplantation mittlerweile zur relativen Routine gehört. Nach Angaben des United Network for Organ Sharing (UNOS) wurden von Januar 1988 bis Juli 2016 in den Vereinigten Staaten 64.055 Herztransplantationen durchgeführt.

Im Jahr 1987 führte ein französischer Gynäkologe die erste anerkannte laparoskopische Operation zur Entfernung einer Gallenblase durch. Von da an hat sich die Praxis rasch erweitert. Nach Angaben der US-amerikanischen Food and Drug Administration (FDA) werden in den USA jedes Jahr über 2 Millionen laparoskopische Operationen durchgeführt

Bei der laparoskopischen oder „Schlüsselloch“-Chirurgie wird ein kleiner Schlauch mit einer Lichtquelle und einer Kamera durch den Körper geführt, bis er den entsprechenden Teil erreicht. Die Bereiche, die operiert werden müssen, werden auf einem Bildschirm angezeigt, während der Chirurg die Werkzeuge durch kleine Öffnungen bedient.

Minimalinvasive Verfahren bedeuten kleinere Schnitte mit weniger Narbenbildung, ein geringeres Infektionsrisiko, kürzere Krankenhausaufenthalte und eine kürzere Rekonvaleszenz.

Nächster Halt: Roboterchirurgie. Im Jahr 2000 gab ein Team von Wissenschaftlern in Deutschland, die Techniken für minimalinvasive Chirurgie erforschten, bekannt, dass sie ein System mit zwei Roboterarmen entwickelt hatten, die von einem Chirurgen an einer Steuerkonsole gesteuert werden. Sie nannten es ARTEMIS.

Im Juli 2000 wurde das da Vinci-System in den USA zum Schneiden und für chirurgische Eingriffe zugelassen.

Es war das erste robotergestützte Chirurgiesystem, das die FDA-Zulassung erhielt, und seine Verwendung ist relativ weit verbreitet.

Das System besteht aus drei Komponenten: einem Sehwagen mit Lichtquelle und Kameras, einer Hauptkonsole, auf der der operierende Chirurg sitzt, und einem beweglichen Wagen mit zwei Instrumentenarmen und dem Kameraarm.

Die Kamera liefert ein echtes 3D-Bild, das über den Händen des Chirurgen angezeigt wird, sodass die Spitzen der Instrumente wie eine Verlängerung der Steuergriffe wirken. Fußpedale steuern Elektrokauterisation, Kamerafokus, Instrumenten- und Kameraarmkupplungen sowie Hauptkontrollgriffe, die die Roboterarme an der Seite des Patienten antreiben.

Es gibt Berichte über Fehler und Fehlfunktionen, von denen einige tödlich waren, und nicht alle sind davon überzeugt, dass Roboterchirurgie tatsächlich zu besseren Patientenergebnissen führt.

Das elektrochirurgische Messer wurde in den 1920er Jahren erfunden. Mithilfe von elektrischem Strom wird das Körpergewebe schnell erhitzt, sodass der Chirurg das Gewebe mit minimalem Blutverlust durchschneiden kann. Es wird häufig in der Krebschirurgie eingesetzt.

Durch bildgesteuerte Chirurgie wie die Laparoskopie konnte der Umfang der Eingriffe bei vielen Operationen reduziert werden.

Wenn es jedoch um Krebs geht, können Bilder zeigen, wo sich der Tumor befindet, aber weder Bilder noch das menschliche Auge können ohne weiteres zwischen gesundem und ungesundem Gewebe unterscheiden.

Dr. Zoltan Takats vom Imperial College London im Vereinigten Königreich sah eine Möglichkeit für das elektrochirurgische Messer, die Lücke zu schließen, die Bilder nicht füllen können.

Betreten Sie das iKnife. Basierend auf der Elektrochirurgie kann das iKnife genau erkennen, welches Gewebe entfernt werden muss und welches bleiben sollte.

Bis vor Kurzem bestand die einzige definitive Möglichkeit, festzustellen, ob Gewebe krebsartig ist oder nicht, darin, eine Biopsie zu Untersuchungszwecken zu entnehmen, meist unter dem Mikroskop. Der Nachteil besteht darin, dass während der Operation nur sehr wenige Proben entnommen und getestet werden können und die Durchführung jedes Tests 40 Minuten dauern kann. Dies ist keine praktische Möglichkeit, den Rand eines Tumors während einer Operation zu definieren.

2013 kam das erste iKnife auf den Markt, das es dem Chirurgen ermöglicht, biologisches Gewebe durch die Kombination von Elektrochirurgie und Massenspektrometrie zu untersuchen. Bei der Massenspektrometrie werden ionisierte oder geladene Teilchen durch elektrische oder magnetische Felder geleitet.

Massenspektrometrie liefert Messungen des Masse-Ladungs-Verhältnisses, und diese Messungen ermöglichen die Unterscheidung zwischen Geweben unterschiedlicher Zusammensetzung, was als chemisches Profiling bezeichnet wird. Durch die Analyse der chemischen Zusammensetzung verschiedener Proben kann festgestellt werden, welche Gewebe gesund sind und welche nicht.

Damals sagte Dr. Takats gegenüber Medical News Today, dass er erwarte, dass das iKnife bei verschiedenen Arten von Operationen anwendbar sei und dass dadurch Kosten gespart würden.

Beim Schneiden mit einem Elektroskalpell verdampft das Gewebe beim Schneiden. Dabei entsteht Rauch, der normalerweise durch Absauganlagen abgesaugt wird. Aber indem man das iKnife an ein Massenspektrometer anschließt und den Rauch dorthin pumpt, kann der Dampf „eingefangen“ und auf seine chemische Zusammensetzung analysiert werden. Durch den Abgleich der Ergebnisse mit einer Referenzbibliothek kann der Chirurg innerhalb von 3 Sekunden erkennen, um welche Art von Gewebe es sich handelt.

Im Jahr 2013 analysierten Dr. Takats und sein Team mit dem iKnife Gewebeproben von 302 Patienten, die sich einer Operation unterzogen hatten, um verschiedene Arten von Tumoren, sowohl krebsartige als auch nicht krebsartige, zu entfernen.

Sie zeichneten die Eigenschaften von Tausenden von Gewebeproben auf, die von Tumoren im Gehirn, in der Lunge, in der Brust, im Magen, im Dickdarm und in der Leber entnommen wurden. Aus diesen Proben erstellten sie eine Datenbank mit 1.624 krebsartigen und 1.309 nicht krebsartigen Einträgen, mit der zukünftige Proben abgeglichen werden könnten.

Anschließend nutzte das Team das iKnife mit der Rapid Evaporative Ionization Mass Spectrometry (REIMS) bei 81 chirurgischen Eingriffen. Während der Operation wurden Messungen vorgenommen und das Gewebe anschließend auf herkömmliche Weise getestet. In jedem Fall stimmte der Messwert genau mit der postoperativen histologischen Diagnose überein.

Das iKnife wurde für die Elektrochirurgie entwickelt, weil Chirurgen sein Potenzial zur Entfernung von Krebstumoren erkannten, seine Anwendbarkeit für die Wasser- und Laserchirurgie wurde jedoch bereits hervorgehoben. Zukünftig könnten damit Messwerte zur Analyse von Schleimhäuten sowie des Atmungs-, Harn- und Genitalsystems oder des Magen-Darm-Trakts erhoben werden.

Das iKnife ist bereits am Imperial College London im Einsatz und wird derzeit in der Brust-, Dickdarm- und Eierstockkrebschirurgie getestet.

Kürzlich haben Forscher im Vereinigten Königreich und Kanada das iKnife mit einer Lasersonde kombiniert, um bei einer Operation zur Entfernung eines Gehirntumors abnormales Gewebe zu erkennen.

Bei dieser Technik wurde eine Nahinfrarot-Lasersonde verwendet, um durch Messung des vom Gewebe reflektierten Lichts festzustellen, ob Gewebe krebsartig oder gesund war.

Als sie den Lichtstrahl auf das freigelegte Gehirn richteten, begannen Moleküle in den Zellen zu vibrieren. Dabei sammelten Glasfasern in der Sonde das Streulicht, das vom Gewebe reflektiert wurde.

Durch Messung der Frequenz der Vibrationen konnten die Wissenschaftler erkennen, welches Gewebe gesund war und welches nicht. Wie beim iKnife dauerte die Analyse nur Sekunden.

In der Krebschirurgie kann die Fähigkeit, die genaue Grenze eines bösartigen Gewebebereichs zu erkennen, über Leben und Tod entscheiden und darüber entscheiden, ob die Operation wiederholt werden muss oder nicht.

Die Möglichkeit, genau das Gewebe zu entfernen, stellt nicht nur sicher, dass der gesamte Tumor entfernt wird, sondern reduziert auch unnötigen Gewebeverlust, was zu besseren Ergebnissen für die Patienten führt.

Die Forscher weisen darauf hin, dass insbesondere bei Hirntumoren die Unfähigkeit, die Tumorgrenze selbst mit einem Operationsmikroskop zu erkennen, das Risiko zusätzlicher Schäden, wie etwa Sprachverlust, erhöht. Mit fortschreitender Technologie nehmen die Risiken einer Operation allmählich ab.