Hautkrebs verrät sich über Wärme – Tattoo soll ihn früher erkennen

Je früher Ärzte ein Melanom entdecken, desto besser sind oft die Behandlungschancen. Das Problem: Besonders kleine und aggressive Tumoren bleiben häufig lange unbemerkt. Sie verursachen noch keine auffälligen Veränderungen auf der Haut und entgehen deshalb selbst geübten Blicken. Forscher aus Kanada verfolgen nun einen ungewöhnlichen Ansatz. Ein intelligentes Tattoo soll Hautkrebs über winzige Wärmeveränderungen erkennen, noch bevor sichtbare Anzeichen auftreten.

Dafür entwickelten sie ein intelligentes Tattoo, das kleinste Temperaturunterschiede in der Haut misst. In Versuchen entdeckte das System Mikro-Melanome bereits wenige Tage nach ihrem Wachstum. Die Ergebnisse veröffentlichte das Forschungsteam in der Fachzeitschrift Nature Sensors. Beteiligt waren Wissenschaftler des Institut national de la recherche scientifique (INRS) und der Universität Montreal.

Hautkrebs verrät sich im Tattoo durch Wärme

Der neue Ansatz nutzt eine Eigenschaft von Krebszellen, die vielen Menschen nicht bekannt ist: Tumorzellen benötigen besonders viel Energie. Dafür verbrauchen sie mehr Sauerstoff und Nährstoffe als gesundes Gewebe. Dieser erhöhte Stoffwechsel erzeugt zusätzliche Wärme. Mediziner kennen diesen Effekt seit Langem. Für die Diagnostik spielte er bislang jedoch kaum eine Rolle. Die Temperaturunterschiede waren meist zu klein und zu ungenau messbar.

Diese Wärme wollen die Forscher sichtbar machen. Das gelingt mit einem temporären Tattoo aus winzigen Nanopartikeln. Sie gelangen mithilfe schmerzfreier Mikronadeln knapp unter die Haut. Dort verhalten sie sich wie ein dichtes Netz aus mikroskopisch kleinen Thermometern.

Wird die Haut anschließend mit nahem Infrarotlicht beleuchtet, senden die Partikel sichtbares Licht aus. Die Dauer dieses Lichtsignals verändert sich abhängig von der Temperatur. Daraus errechnet das System eine detaillierte Wärmekarte der Haut.

Hautkrebs fiel bereits nach vier Tagen auf

Das System erkannte Mikro-Melanome bereits vier Tage nach ihrem Wachstum. Solche Tumoren sind in diesem Stadium normalerweise viel zu klein, um bei einer Sichtkontrolle aufzufallen. Auch viele bildgebende Verfahren stoßen hier an ihre Grenzen.

„Unser Ziel ist es, ein minimalinvasives Werkzeug zu entwickeln, das sehr kleine, aber dennoch aggressive Melanome erkennt“, sagt Studienleiter Jinyang Liang, Professor für ultraschnelle Bildgebung und Biophotonik am INRS.

Er ergänzt: „Aufgrund ihrer geringen Größe werden diese Melanome bei der klinischen Sichtprüfung häufig übersehen. Wir wollen sie erkennen, damit so früh wie möglich eingegriffen werden kann.“ Für die Früherkennung könnte dieser Vorsprung entscheidend sein. Besonders beim schwarzen Hautkrebs spielt die Zeit eine wichtige Rolle.

Die Technik misst Temperatur extrem genau

Das System trägt den Namen SMEAR-ULM. Hinter der Abkürzung steckt eine Kombination aus Mikronadeln, speziellen Nanopartikeln und einer ultraschnellen optischen Kamera. Die technischen Daten fallen beeindruckend aus:

Temperaturunterschiede von nur 0,1 Grad Celsius werden erfasst.
Die Auflösung liegt im Submillimeterbereich.
Die Messung erfolgt in Echtzeit mit bis zu 30 Bildern pro Sekunde.

Dadurch lassen sich selbst kleinste Temperaturveränderungen sichtbar machen. Herkömmliche Wärmebildkameras erreichen diese Genauigkeit oft nicht.

Ein Tattoo aus Mikronadeln und Nanopartikeln soll Hautkrebs früher erkennen. Die Technik ist noch präklinisch. — © Jinyang Liang Im Labor von Jinyang Liang am INRS sitzt das SMEAR-ULM-System auf einem Roboterarm. Der mobile Wagen soll eine präzise und automatische Positionierung ermöglichen. © Jinyang Liang

Warum bisherige Verfahren häufig später reagieren

Wärmebildtechnik kommt in der Medizin bereits seit Jahren zum Einsatz. Für die Hautkrebs-Früherkennung spielte sie bisher allerdings kaum eine Rolle. Der Grund liegt in der begrenzten Genauigkeit. Laut den Forschern erkennen klassische thermische Verfahren Tumoren meist erst ab einer Größe von mehr als fünf Millimetern. Solche Veränderungen sind oft bereits mit bloßem Auge sichtbar.

Die neue Technik soll deutlich früher reagieren. Statt nur grobe Temperaturunterschiede zu erfassen, erstellt sie eine hochauflösende Wärmekarte direkt an der betroffenen Hautstelle.

„Wir erfassen alle notwendigen Informationen für eine sofortige Temperaturkarte mit nur einer Aufnahme“, sagt Erstautor Yingming Lai, Postdoktorand am INRS. Dadurch eigne sich das Verfahren auch für die kontinuierliche Beobachtung kleiner Melanome unter realistischen biologischen Bedingungen. Nach Ansicht der Forscher wird die Hauttemperatur damit erstmals zu einem präzise messbaren biologischen Marker für frühe Melanome.

Ein Mausmodell mit Nähe zum Menschen

Noch ist die Technologie kein Verfahren für Arztpraxen oder Hautkliniken. Die Untersuchungen liefen bislang an Mäusen. Dieser Punkt ist wichtig für die Einordnung der Ergebnisse. Gleichzeitig verweisen die Wissenschaftler darauf, dass das verwendete Tiermodell genetische Veränderungen aufweist, die auch bei menschlichen Melanomen vorkommen.

„Obwohl diese Untersuchung an Mäusen durchgeführt wurde, bildet dieses Tiermodell die genetischen Veränderungen menschlicher Melanome nach und könnte daher Patienten zugutekommen“, sagt Sylvain Meloche vom Institut für Immunologie und Krebsforschung der Universität Montreal.

Die Forscher sehen noch einen weiteren möglichen Vorteil. Das Verfahren könnte künftig helfen, unnötige Biopsien zu vermeiden. Verdächtige Hautstellen ließen sich schneller und ohne Gewebeentnahme beurteilen.

Das intelligente Tattoo könnte weitere Krankheitszeichen messen

Die Entwickler sehen langfristig weitere Einsatzmöglichkeiten. Das System erfasst nicht nur Temperaturveränderungen. Künftig könnten ähnliche Tattoos auch andere biologische Werte messen:

den pH-Wert im Gewebe
bestimmte Ionenkonzentrationen
weitere krankheitsrelevante Veränderungen

Damit könnte sich die Technologie zu einer vielseitigen Plattform für medizinische Diagnostik entwickeln. Der erste Einsatzbereich bleibt jedoch die möglichst frühe Erkennung von Hautkrebs.

Kurz zusammengefasst:

Ein intelligentes Tattoo zur Hautkrebs-Früherkennung erkannte in Versuchen Mikro-Melanome bereits vier Tage nach ihrem Wachstum und machte kleinste Wärmeveränderungen sichtbar.
Krebszellen erzeugen durch ihren hohen Energieverbrauch zusätzliche Wärme. Nanopartikel und Mikronadeln erfassen diese Signale und erstellen eine hochauflösende Wärmekarte der Haut.
Die Technik wurde bislang nur an Mäusen getestet, könnte Hautkrebs künftig jedoch deutlich früher erkennen als heutige Verfahren und später auch weitere biologische Veränderungen im Gewebe messen.

Übrigens: Während ein intelligentes Tattoo verdächtige Wärmeveränderungen sichtbar machen und Hautkrebs früher erkennen soll, verfolgt eine andere Entwicklung einen ganz anderen Ansatz. Ein neues Eisen-Nanomaterial beseitigte im Mausmodell Brustkrebs vollständig, ohne gesundes Gewebe erkennbar zu schädigen. Mehr dazu in unserem Artikel.