Dr.-Ing. Katrin Philipp erhält den Bertha-Benz-Preis 2020

Digitales Lasermikroskop revolutioniert die Diagnostik tief liegender Gewebeschichten – Neuartiger Ansatz könnte bei der Erkennung von Schilddrüsenerkrankungen helfen.

Für ihre Dissertation „Investigation of aberration correction and axial scanning in microscopy employing adaptive lenses“ zeichnet die Daimler und Benz Stiftung Frau Dr.-Ing. Katrin Philipp mit dem Bertha-Benz-Preis 2020 aus. Der Ingenieurin gelang es, ein digitales Lasermikroskop zu entwickeln, das insbesondere bei der Untersuchung tieferliegender Gewebeschichten – etwa bei Veränderungen in der Schilddrüse – völlig neuartige Diagnosemöglichkeiten eröffnet. Dank der Nutzung einer in Kooperation mit der Professur für Mikroaktorik am IMTEK der Universität Freiburg entwickelten adaptiven Linse stellt das von Philipp entwickelte und gebaute Mikroskop einen Paradigmenwechsel in der Biomedizin dar.

Bislang gelangten viele optische Verfahren bei tiefen Gewebeuntersuchungen an ihre Grenzen, da Aberrationen (Abbildungsfehler) die Bildqualität erheblich beeinträchtigten. Philipp realisierte erstmals unter Nutzung einer neuartigen adaptiven Linse ein Mikroskop, welches durch die Korrektur von Aberrationen hochauflösende Bilder ermöglicht und überdies einen kompakten und einfach bedienbaren Aufbau aufweist. „Mit dieser Technologie könnten in Zukunft neuartige bildgebende medizinische Verfahren entstehen, die zum einen eine schnellere, einfachere und kostengünstigere Diagnostik ermöglichen, zum anderen entfällt die aufwendige chemische oder mechanische Präparation der untersuchten Proben“, so Philipp.

Mit dem neuartigen Mikroskop gelang es Philipp, Fluoreszenzaufnahmen aus den Schilddrüsen von Zebrabärblingsembryonen zu machen, ohne dass die Tiere getötet werden mussten. Da diese Fischart ein weit-verbreitetes Modellsystem für die Entwicklung und die Anlagerung schädlicher Umweltgifte in der Schilddrüse auch beim Menschen darstellt, bietet das im Rahmen ihrer Dissertation entwickelte „smarte Mikroskop“ einen entscheidenden Vorteil: Im Gegensatz zum bisherigen methodischen „Goldstandard“ der aufwendigen Probenpräparation und anschließenden Zerlegung der Tiere in dünne Scheibchen (englisch „slicing“) kann die Messung an einem lebenden Organismus unter Betäubung erfolgen und so prinzipiell die zeitliche Entwicklung an derselben Probe nachverfolgt werden. Dies ermöglicht eine genauere Untersuchung, wie sich Umweltgifte auf die Entwicklung eines Organismus auswirken.

Das neue Verfahren beruht auf einer sowohl theoretisch als auch experimentell ausgesprochen anspruchsvollen Forschungsarbeit. Es wurde ein international sichtbarer Fortschritt für die Lasermikroskopie erreicht, der eine besondere ingenieurwissenschaftliche Leistung an der Schnittstelle von Biologie, Mikro-systemtechnik und Messtechnik darstellt. Die Ergebnisse wurden 2019 in der Zeitschrift Scientific Reports veröffentlicht (Scientific Reports, vol. 9, p. 9532, 2019, https://rdcu.be/b44YL). Die preiswürdige Forschungsarbeit wurde an der Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik der Technischen Universität Dresden eingereicht und mit „summa cum laude“ bewertet.