Laserbasiertes Ultraresolution-System für das multimodale Imaging von Tumoren und reaktiven Sauerstoff-Singuletts in photodynamischer Therapie - LUMICARE

Ziel des Verbundprojekts LUMICARE ist die Entwicklung eines innovativen, theragnostischen Verfahrens zur photodynamischen Therapie (PDT) von Tumoren, speziell im Kopf-Hals-Bereich. Die PDT basiert auf der Aktivierung lichtsensitiver Substanzen (Photosensitizer), die in Tumorzellen reaktive Sauerstoffspezies freisetzen und so gezielt Krebszellen zerstören. Bisher fehlt jedoch eine Methode zur Echtzeitüberwachung der Therapieeffektivität. Das Projekt entwickelt daher ein neuartiges multimodales Diagnostik- und Therapiesystem, das erstmals FLIM (Fluoreszenz-Lebensdauer-Bildgebung) mit infrarot-sensitiver Quantendetektion kombiniert. Auf Basis eines komplexen Gewebemodells und dynamischer Tumormodelle (u.a. Mausmodelle) wird dazu die Systemarchitektur validiert, das Verhalten verschiedener Photosensitizer (PS) untersucht und ein physiologisch fundiertes Modell für den PS-Abbau und deren Wirksamkeit erstellt.
So können Konzentration des Photosensitizers, Stoffwechselveränderungen und die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies im Gewebe gleichzeitig und kontaktlos erfasst werden. Dafür kommen moderne Detektoren und modulierte Pulslaser zum Einsatz. Ein neues Lasersystem dient sowohl der therapeutischen Bestrahlung als auch der Diagnostik.
Ziel ist ein geschlossenes Regelungssystem (Closed-Loop), das die Lichtdosierung in Echtzeit automatisch anpasst und so eine optimale therapeutische Wirkung bei minimaler Schädigung gesunden Gewebes gewährleistet. Ergänzend werden ein 3D-Zellmodell, KI-basierte Steuerungsalgorithmen und physiologisch fundierte Modelle zur PS-Wirkung entwickelt. Ergebnis soll ein integriertes endoskopisches System sein, das eine kontrollierte und standardisierbare PDT erlaubt und die onkologische Therapie nachhaltig verbessert.

Laser-based ultraresolution system for multimodal imaging of tumors and reactive oxygen singlet in photodynamic therapy - LUMICARE

The aim of the LUMICARE joint project is to develop an innovative diagnostic procedure for photodynamic therapy (PDT) of tumors, especially in the head and neck area. PDT is based on the activation of light-sensitive substances (photosensitizers), which release reactive oxygen species in tumor cells and thus specifically destroy cancer cells. Until now, however, there has been no method for monitoring the effectiveness of the therapy in real time. The project is therefore developing a novel multimodal diagnostic and therapy system that combines FLIM (fluorescence lifetime imaging) with infrared-sensitive quantum detection for the first time. Based on a complex tissue model and dynamic tumor models (including mouse models), the system architecture is validated, the behavior of various photosensitizers (PS) is investigated and a physiologically based model for PS degradation and its effectiveness is created.
In this way, the concentration of the photosensitizer, metabolic changes and the formation of reactive oxygen species in the tissue can be recorded simultaneously and without contact. Modern detectors and modulated pulse lasers are used for this purpose. A new laser system is used for both therapeutic irradiation and diagnostics.
The aim is a closed-loop control system that automatically adjusts the light dosage in real time, thus ensuring an optimal therapeutic effect with minimal damage to healthy tissue. In addition, a 3D cell model, AI-based control algorithms and physiologically based models of the PS effect are being developed. The result should be an integrated endoscopic system that allows controlled and standardizable PDT and sustainably improves oncological therapy.
This text was translated with DeepL on 30/04/2026