2026 November - Qian Li

Dr. Qian Li

MedUni Wien RESEARCHER OF THE MONTH, November 2026

Die Jury „Researcher of the Month“ verleiht die Auszeichnung für diesen Monat Herrn Dr. Qian Li anlässlich der Veröffentlichung der Arbeit „Tethered optoacoustic and optical coherence tomography capsule endoscopy for label-free assessment of Barrett’s oesophageal neoplasia“ in der hochrangigen Fachzeitschrift Nature Biomedical Engineering. [13].

Die multidisziplinäre Studie wurde von Dr. Li in der Arbeitsgruppe von Professor Wolfgang Drexler am Zentrum für Medizinische Physik und Biomedizinische Technik der Medizinischen Universität Wien durchgeführt. Sie entstand im Rahmen des EU-geförderten Horizon-2020-Projekts ESOTRAC. Dabei arbeitete das Wiener Team eng mit der Arbeitsgruppe von Professor Vasilis Ntziachristos an der Technischen Universität München und bei Helmholtz Munich zusammen. Die klinischen und histopathologischen Untersuchungen erfolgten gemeinsam mit Forschenden am Early Cancer Institute der University of Cambridge sowie an den Cambridge University Hospitals. An der technischen Entwicklung waren außerdem die Industriepartner RayFos im Vereinigten Königreich sowie SONAXIS und Statice in Frankreich beteiligt.

Neue Kapselendoskopie zur Erkennung von Krebsvorstufen und Frühkarzinomen im Barrett-Ösophagus

Jährlich erkranken weltweit mehr als 600.000 Menschen an Speiseröhrenkrebs [1]. Das Ösophagusadenokarzinom ist in westlichen Ländern die häufigste Form dieser Krebserkrankung [2]. Als gut untersuchte Vorstufe gilt der Barrett-Ösophagus [3], der meist nur langsam zum Karzinom fortschreitet. Dadurch bleibt vergleichsweise viel Zeit für regelmäßige Kontrollen und eine frühe Behandlung [4]. Dennoch wird Speiseröhrenkrebs häufig erst in einem fortgeschrittenen Stadium diagnostiziert und weist die zweitniedrigste Überlebensrate aller Krebsarten auf [5]. Dieser scheinbare Widerspruch erklärt sich dadurch, dass fokale Dysplasien und frühe Karzinome in der Barrett-Schleimhaut bei der konventionellen Weißlichtendoskopie oft kaum zu erkennen sind [6,7]. Die Überwachung beruht daher weiterhin auf systematischen 4-Quadranten-Biopsien [7,8]. Diese erfassen nur einen kleinen Teil der Ösophagusschleimhaut; 30–50 % der frühen neoplastischen Läsionen können deshalb übersehen werden [9–12].

Diese Einschränkungen zeigen, dass neue endoskopische Verfahren benötigt werden, die lange Abschnitte der Speiseröhre rundum erfassen und dabei fokale Dysplasien und frühe Karzinome von nicht-neoplastischen gastralen und intestinalen Metaplasien unterscheiden können.

Die optische Kohärenztomographie (OCT) ist ein dreidimensionales optisches Bildgebungsverfahren, das Gewebestrukturen unterhalb der Oberfläche mit Mikrometerauflösung sichtbar macht. Klinisch wird sie bereits breit in der Augenheilkunde und der interventionellen Kardiologie eingesetzt. Bei endoskopischer Anwendung bildet OCT die Schleimhautschichten, Krypten und Drüsen der Speiseröhre bis in etwa 2–3 mm Tiefe ab. Für die zuverlässige Erkennung früher Karzinome reicht die Strukturinformation allein jedoch nicht immer aus. Die optoakustische Mesoskopie (OPAM), eine Form der dreidimensionalen optoakustischen Bildgebung, ergänzt OCT um Informationen über die Blutgefäße. Aufgrund ihrer Empfindlichkeit für Hämoglobin kann sie die Mikrovaskulatur darstellen. Dieser Gefäßkontrast ist wichtig, da Dysplasien und frühe Karzinome mit charakteristischen Veränderungen von Form und Anordnung der Gefäße einhergehen. Die Forschenden gingen daher davon aus, dass sich fokale neoplastische Veränderungen im Barrett-Ösophagus durch die Kombination beider Verfahren zuverlässiger erkennen lassen.

Im EU-Horizon-2020-Projekt ESOTRAC wurden OCT und OPAM in einer Endoskopie-Kapsel kombiniert, die über ein dünnes Kabel mit dem Untersuchungsgerät außerhalb des Körpers verbunden ist. Beim Zurückziehen durch die Speiseröhre erzeugt der rotierende Bildgebungskopf eine vollständige 360-Grad-Aufnahme langer Ösophagusabschnitte. OCT zeigt den Gewebeaufbau, OPAM die Mikrovaskulatur; injizierte Kontrastmittel sind nicht erforderlich. Das als O2E bezeichnete Kapselendoskop liefert damit gleichzeitig dreidimensionale Bilder der Schleimhautstruktur und der Blutgefäßarchitektur.

Das O2E-System wurde an Gewebeproben von Patient:innen mit Barrett-Ösophagus getestet; die Aufnahmen wurden direkt mit den histopathologischen Befunden verglichen. OCT zeigte deutlich, wie sich der Aufbau der Ösophagusschleimhaut verändert: Normales Gewebe besitzt ein geordnetes, mehrschichtiges Plattenepithel, das durch eine intakte Basalmembran vom darunterliegenden Bindegewebe getrennt ist. Die Barrett-Schleimhaut weist dagegen ein drüsenbildendes Zylinderepithel mit Krypten und Drüsen auf. Die klare Darstellung des Epithels und des direkt darunterliegenden Gewebes ist besonders wichtig: Dysplasien entstehen im Epithel, und frühe Karzinome bleiben zunächst auf die oberflächliche Schleimhaut begrenzt. Dysplasien waren am zunehmenden Verlust dieser geordneten Struktur erkennbar, insbesondere an dicht gelagerten, unregelmäßigen Drüsen, weniger Bindegewebe zwischen den Drüsen und dem Verlust der normalen Schleimhautschichtung [13].

OPAM lieferte zusätzlich eine mikroskopische dreidimensionale Darstellung der Blutgefäße und zeigte sowohl ihre Form als auch ihre genaue Tiefe in der Schleimhaut. Eine solche Kombination aus mikroskopischer Auflösung, Tiefeninformation und vollständiger 360-Grad-Abdeckung war zuvor noch nicht gezeigt worden. Bei frühen Karzinomen machte OPAM erweiterte, unregelmäßige Gefäße mit charakteristischen Gefäßschlingen sichtbar. Anhand dieser Gefäßmuster ließen sich frühe Karzinome von nicht-neoplastischer gastraler Metaplasie unterscheiden, wenn die OCT-Aufnahmen ähnlich aussahen [13].

Mit den kombinierten Struktur- und Gefäßmerkmalen erkannten sowohl Ärzt:innen als auch nicht klinisch tätige Wissenschaftler:innen Neoplasien mit einer Sensitivität von 94 % und einer Spezifität von 92 %. OCT und OPAM lieferten dabei gerade dort ergänzende Hinweise, wo eines der beiden Verfahren allein nicht ausreichte. Mit O2E könnten Ärzt:innen künftig größere Bereiche der Barrett-Schleimhaut untersuchen, verdächtige Stellen lokalisieren und gezielte Biopsien statt Zufallsbiopsien durchführen. Größere In-vivo-Studien müssen nun zeigen, ob das System die Anforderungen für den klinischen Routineeinsatz erfüllt.

Wissenschaftliches Umfeld

Dr. Qian Li kam als Postdoktorand in die Arbeitsgruppe von Professor Wolfgang Drexler am Zentrum für Medizinische Physik und Biomedizinische Technik. Er entwickelt neue optische Bildgebungsverfahren für medizinische Anwendungen, insbesondere für die Endoskopie. Zu seinen Schwerpunkten zählen die optische Kohärenztomographie, die optoakustische Bildgebung und die konfokale Mikroskopie. Dr. Li war Mitantragsteller eines EIC-Pathfinder-Projekts der EU und leitete ein von der Austria Wirtschaftsservice (aws) gefördertes Proof-of-Concept-Projekt.

Zur Person

Dr. Li schloss 2018 seine Promotion in Biomedizintechnik an der Shanghai Jiao Tong University ab. Noch im selben Jahr wechselte er als Postdoktorand in die Arbeitsgruppe von Professor Wolfgang Drexler am Zentrum für Medizinische Physik und Biomedizinische Technik. Dort arbeitete er in EU- und FFG-geförderten Projekten an neuartigen endoskopischen Systemen auf Basis optischer Bildgebungsverfahren. Als Mitantragsteller war er anschließend an der Bewilligung des EIC-Pathfinder-Projekts ESOHISTO beteiligt. Im Projekt wird die Kapseltechnologie für Untersuchungen am Menschen weiterentwickelt. Gleichzeitig arbeitet das Team an Verfahren der endoskopischen molekularen Bildgebung, mit denen sich spezifische molekulare Marker von Speiseröhrenkrebs darstellen lassen.

Ausgewählte Literatur

1. Sung, H. et al. Global cancer statistics 2020: GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries. CA Cancer J. Clin. 71, 209–249 (2021).
2. Morgan, E. et al. The global landscape of esophageal squamous cell carcinoma and esophageal adenocarcinoma incidence and mortality in 2020 and projections to 2040: new estimates from GLOBOCAN 2020. Gastroenterology 163, 649–658 (2022).
3. Souza, R. F. & Spechler, S. J. Mechanisms and pathophysiology of Barrett oesophagus. Nat. Rev. Gastroenterol. Hepatol. 19, 605–620 (2022). 
4. Di Pietro, M., Chan, D., Fitzgerald, R. C. & Wang, K. K. Screening for Barrett’s esophagus. Gastroenterology 148, 912–923 (2015).
5. Siegel, R. L., Miller, K. D., Fuchs, H. E. & Jemal, A. Cancer statistics, 2022. CA Cancer J. Clin. 72, 7–33 (2022).
6. Thosani, N. et al. ASGE Technology Committee systematic review and meta-analysis assessing the ASGE Preservation and Incorporation of Valuable Endoscopic Innovations thresholds for adopting real-time imaging-assisted endoscopic targeted biopsy during endoscopic surveillance of Barrett’s esophagus. Gastrointest. Endosc. 83, 684–698 (2016).
7. Shaheen, N. J. et al. Diagnosis and management of Barrett’s esophagus: an updated ACG guideline. Am. J. Gastroenterol. 117, 559–587 (2022).
8. Fitzgerald, R. C. et al. British Society of Gastroenterology guidelines on the diagnosis and management of Barrett’s oesophagus. Gut 63, 7–42 (2014).
9. Anandasabapathy, S. et al. Computer-assisted brush-biopsy analysis for the detection of dysplasia in a high-risk Barrett’s esophagus surveillance population. Dig. Dis. Sci. 56, 761–766 (2011).
10. Sharma, P. et al. Standard endoscopy with random biopsies versus narrow-band imaging targeted biopsies in Barrett’s oesophagus: a prospective, international, randomised controlled trial. Gut 62, 15–21 (2013).
11. Gross, S. A., Smith, M. S. & Kaul, V. Increased detection of Barrett’s esophagus and esophageal dysplasia with adjunctive use of wide-area transepithelial sampling with three-dimensional computer-assisted analysis. United Eur. Gastroenterol. J. 6, 529–535 (2018).
12. Vithayathil, M. et al. Image-enhanced endoscopy and molecular biomarkers versus Seattle Protocol to diagnose dysplasia in Barrett’s esophagus. Clin. Gastroenterol. Hepatol. 20, 2514–2523 (2022).
13. Li, Q. et al. Tethered optoacoustic and optical coherence tomography capsule endoscopy for label-free assessment of Barrett’s oesophageal neoplasia. (IF 26,3) Nat. Biomed. Eng.10, 259–276 (2026). https://doi.org/10.1038/s41551-025-01462-0