Von der Festkörperphysik zur Früherkennung von Krankheiten

Professor Ferenc Krausz ist preisgekrönter Pionier der Attosekundenphysik, bei der extrem kurze Lichtblitze allen voran dazu genutzt werden, um das Verhalten von Elektronen in Atomen, Molekülen und Festkörpern besser zu verstehen. Nun jedoch will er sich auf etwas ganz anderes konzentrieren: die weltweite Früherkennung von Volkskrankheiten. Ein Gespräch.

Vor zwei Jahren haben Sie den Nobelpreis für Ihre grundlegenden Arbeiten auf einem sehr speziellen Gebiet der Physik bekommen, der Attosekundenphysik. Jetzt wollen Sie frühzeitig Krebs und andere Erkrankungen erkennen. Wie passt das zusammen?

Ferenc Krausz: Mit einem Wort: wunderbar. Es zeigt, wie wichtig einerseits Grundlagenforschung ist, wie wichtig es aber auch ist, rechtzeitig Anwendungen zu identifizieren, die aus diesen grundlegenden Arbeiten hervorgehen können – selbst, wenn diese wie beim Thema Früherkennung scheinbar in eine ganz andere Richtung gehen.

Die Attosekundenphysik ist also erwachsen geworden?

Sie hat jedenfalls mehrere Phasen durchlaufen. Die grundlegenden Arbeiten, die letztlich auch zum Nobelpreis geführt haben, waren ganz klar von Neugier getrieben: Wir wollten beobachten, wie sich Elektronen auf atomarer Ebene bewegen, und brauchten dafür eine extrem schnelle Kamera – unsere Attosekundenblitze. Im zweiten Schritt mussten wir sicherstellen, dass diese neuen Bilder tatsächlich das zeigen, was die Theorie vorhersagt, wir mussten die Methode also validieren. Erst dann konnten wir unsere Attosekundenwerkzeuge und -Messtechniken nutzen, um komplexe physikalische Systeme anzuschauen und Neues zu erfahren.

Und da sind nun alle Fragen beantwortet?

Nein, bei Weitem nicht. Insbesondere in komplexeren Systemen, Molekülen und Festkörpern gibt es noch viele spannende Fragen, zu denen wir mit unseren Methoden Beiträge liefern könnten.

Trotzdem wollen Sie sich nun auf ganz andere Probleme konzentrieren.

Irgendwann, es war Mitte des vergangenen Jahrzehnts, habe ich mir selbst die Frage gestellt: Will ich das, woran ich gerade forsche, wirklich bis zum Ende meiner aktiven Zeit machen? Oder bin ich noch nicht zu alt, um etwas Neues auszuprobieren? Und die Antwort war klar: Ich spüre noch genug Kraft und Lust und Motivation in mir, um den nächsten Schritt zu machen. Wie wäre es also mit einer Anwendung, bei der das Instrumentarium, das wir in unserer Gruppe beherrschen, für die Allgemeinheit von Nutzen sein kann.

Dabei kam die Gesundheitsvorsorge ins Spiel?

Ja, es gab viele Diskussionen in unserer Gruppe, und am Ende stand die Entscheidung, die Attosekunden-Messtechnik für biomedizinische Fragestellungen zu verwenden.

Was genau haben Sie vor?

Unsere Idee: Bestrahlt man Blutserum oder Blutplasma schlagartig mit einem sehr kurzen, infraroten Laserblitz, dann regt dieser die im Blut enthaltenen Moleküle zum Schwingen an. Diese Moleküle strahlen ihrerseits Infrarotlicht aus, das wir mit unserer Attosekundentechnik empfindlich abtasten können. Es entsteht eine Art Fingerabdruck. Hat nun eine Krankheit die Zusammensetzung der Moleküle im Blut verändert, sollte sich dies im infraroten Fingerabdruck bemerkbar machen. Krankheiten ließen sich so in einem sehr frühen Stadium erkennen.

Eine Gruppe von Physikerinnen und Physikern will plötzlich in der Medizin reüssieren? Das klingt, mit Verlaub, etwas verwegen.

Nun, uns war schnell klar, dass diese neue Fragestellung aus der Physik herausführen wird – in Richtung Chemie, Biochemie und letztlich Medizin. Daher war es das Gebot der Stunde, entsprechende Expertise in unsere Gruppe hineinzuholen. Und mit Mihaela Žigman haben wir eine sehr talentierte Kollegin gefunden, die alle Voraussetzungen dafür gehabt hätte, auch ohne Wechselwirkung mit Physikern eine großartige Karriere in der Molekularbiologie zu machen. Doch sie hat das Experiment gewagt, sich als damals einzige Lebenswissenschaftlerin einer Gruppe anzuschließen, die mehr oder weniger hundertprozentig aus Physikern und Ingenieuren bestand. Darüber waren wir sehr glücklich. Geholfen hat aber auch das Netzwerk innerhalb der LMU.

Inwiefern?

Unser damaliger Exzellenzcluster Munich Center for Advanced Photonics kann auf eine lange, erfolgreiche Zusammenarbeit mit sehr namhaften Kollegen aus der Medizin zurückblicken – insbesondere mit Professor Maximilian Reiser, dem mittlerweile emeritierten Direktor der Radiologie am Klinikum Großhadern. Ihn haben wir als Ersten mit unserer Idee konfrontiert und nach seiner Meinung gefragt. Max fand es gut, er hat dann direkt Kontakte hergestellt: zu Professor Christian Stief von der Urologischen Klinik, zu Professorin Nadia Harbeck, der Leiterin des Brustzentrums, und zu Professor Jürgen Behr, Direktor der Pneumologie. Alle drei waren sehr offen und sehr interessiert.

Mit Prostatakrebs, Brustkrebs und Lungenkrebs haben Sie durch diese Zusammenarbeit drei wichtige Erkrankungen abgedeckt.

Korrekt, und für alle untersuchten Krebsarten sehen wir im Fingerabdruck des Bluts charakteristische Veränderungen, die wir diesen Krankheiten zuordnen können. Mittlerweile haben wir so viele Blutproben von Probandinnen, Probanden und Kontrollgruppen gesammelt, dass wir in unseren Signalen sogar einzelne Stadien der Krebserkrankungen identifizieren können. Das hat uns sehr viel Mut und Motivation gegeben, um weiterzumachen.

Wie genau soll es nun weitergehen?

Statt auf einzelnen Krankheiten liegt unser Fokus mittlerweile auf der allgemeinen Gesundheitsvorsoge. Das große Ziel ist es, für jeden Menschen aus wiederholten Messungen einen individuellen Infrarot-Fingerabdruck zu erstellen und im Laufe der Zeit zu schauen, wie sich dieser verändert. Künstliche Intelligenz soll dann helfen, aus diesen Veränderungen Rückschlüsse auf Krankheiten wie Diabetes, Herz- oder Atemwegserkrankungen zu ziehen – und zwar lange bevor Beschwerden auftreten oder die Menschen zum Arzt gehen.

Und das ist realistisch?

Gerade führen wir in Ungarn genau dazu eine Studie durch, bei der wir das Blut von 15.000 Menschen über einen Zeitraum von mindestens zehn Jahren zweimal pro Jahr analysieren wollen. Das reicht aber noch nicht.

Sie brauchen mehr Probandinnen und Probanden?

Für wirklich aussagekräftige Daten in Richtung eines Frühwarnsystems benötigen wir 50.000 bis 100.000 Teilnehmende, idealerweise aus der ganzen Welt, um die diversen ethnischen Gruppen abzudecken. 2024 entstand daher der Plan für eine globale Forschungsallianz, die wir Protecting.Health genannt haben. Die Idee konnte ich damals Markus Blume, dem Bayerischen Staatsminister für Wissenschaft und Kunst, schildern. Er ermutigte uns zu einem Konzeptpapier, das letztlich sogar die neue Bundesregierung inspirierte, für die Präventionsmedizin eine Lanze zu brechen. Der politische Wille ist also da. Jetzt sollten Taten folgen.

Dafür sind Sie in Hongkong weitergekommen.

Da die Hälfte der Menschheit in Asien lebt, brauchen wir dringend Blutproben aus dieser Region. Mit Unterstützung der LMU durfte ich dazu eine Teilzeitprofessur an der University of Hong Kong antreten und dort eine gemeinsame Studie im Rahmen von Protecting.Health vorantreiben. Im Februar wurden die entsprechenden Verträge unterschrieben, sodass wir hoffentlich bereits im Sommer loslegen können – und damit deutlich früher als in Deutschland. Das nur als kleiner Ansporn für die Entscheidungsträger hierzulande, so schnell wie möglich nachzuziehen.

Konkurrenz belebt das Geschäft?

Die Rechnung ist ganz einfach: Vereinbarungsgemäß richten sich die möglichen Einnahmen aus der künftigen Vermarktung eines Screening-Algorithmus für die Früherkennung von Volkskrankheiten nach den geleisteten Beiträgen. Je früher Deutschland also anfängt, Blutproben zum Trainieren eines solchen Algorithmus zu sammeln, desto größer wird letztlich auch unser Anteil an dessen geistigem Eigentum sein – und an künftigen Erlösen.