Sensoren im Körper sollen künftig das Auftreten neuer Tumore nach einer Krebsbehandlung überwachen. Die FAU Erlangen-Nürnberg beteiligt sich an diesem geförderten, europaweiten Projekt.
Werden zukünftig Sensoren im Körper kontinuierlich überprüfen, ob nach einer abgeschlossenen Krebsbehandlung neue Tumore auftreten? Ein internationales Forschungsteam, zu dem auch die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) gehört, arbeitet derzeit daran, solche Visionen Wirklichkeit werden zu lassen. Hervor geht das aus einer Mitteilung vom Donnerstag (19. September 2024).
Die Partner planen, in den nächsten drei Jahren zu erforschen, wie implantierte medizinische Geräte sowohl untereinander als auch mit ihrer Umgebung kommunizieren können. Dafür stellt die EU im Rahmen ihres Horizon-Programms 3,7 Millionen Euro zur Verfügung, von denen rund 500.000 Euro in die Teilprojekte an der FAU fließen. In dem Projekt ERMES arbeitet das Team der FAU unter anderem mit der Universität Regensburg, der TH Deggendorf sowie mit Partnern aus Finnland und Frankreich zusammen. Die Leitung des Projekts, an dem auch verschiedene Firmen beteiligt sind, liegt bei der Università di Catania in Italien.
Wie kann ein Implantat einen Krebsalarm nach außen bringen? FAU Erlangen-Nürnberg erklärt Idee
Heute gibt es laut der FAU bereits viele medizinische Geräte, die durch kleine Operationen in den Körper implantiert werden und dort wichtige Funktionen übernehmen. Sie nennt den Herzschrittmacher als Beispiel, der den Schlagrhythmus des Herzens stabilisiert. Zukünftig könnten Implantate noch viele andere Aufgaben übernehmen. "Denkbar ist beispielsweise, dass sie nach der Entfernung eines Tumors in das Gewebe eingesetzt werden und dort rund um die Uhr überwachen, ob eine neue Geschwulst entsteht", wird Maximilian Schäfer vom Lehrstuhl für Digitale Übertragung der FAU zitiert. Robert Schober leitet diesen Lehrstuhl.
Wenn nach Monaten oder Jahren die Konzentration von Tumormarkern im Gewebe ansteigt, könnte das Implantat einen Alarm auslösen, lautet die Idee. Aber auf welche Weise? "Eine Möglichkeit wäre, dass der Sensor das Ergebnis seiner Messungen per Funk übermittelt", sagt Schäfer. "Das funktioniert aber oft nicht zuverlässig, da Gewebswasser und Blut das Signal dämpfen. Zudem ist es schwierig, in kleinen Implantaten die nötigen Antennen und Batterien zu verbauen." Der Kommunikationsingenieur möchte stattdessen einen Weg nutzen, den auch lebende Zellen für den Informationsaustausch verwenden: Moleküle.
Wenn Immunzellen im Körper einen Krankheitserreger entdecken, rufen sie mit Botenstoffen andere Abwehrzellen zur Hilfe, informiert die Universität. "Analog dazu könnte das Implantat ein spezielles Signalmolekül in den Blutstrom abgeben, sobald die Menge an Tumormarkern ansteigt", erläutert Schäfer. "Im Idealfall ließe sich dieses Molekül ohne Blutentnahme von außen nachweisen, beispielsweise über optische Sensoren - vielleicht sogar denen in der Smartwatch der Patientin oder des Patienten."
Keine Nebenwirkungen, Sicheraspekte und Co.: Einige Fragen gilt es zu klären
Die Forschung zur molekularen Kommunikation steckt laut FAU noch in den Kinderschuhen. Das EU-Projekt ERMES soll das in den kommenden drei Jahren ändern. Die Beteiligten wollen unter anderem untersuchen, wie sich Signalmoleküle im Organismus ausbreiten. "Wir wollen dazu zunächst mithilfe von Computermodellen ihren Weg von einem Sender zu einem Empfänger simulieren", schildert Schäfer das Vorhaben. "Außerdem werden wir Experimente in biologischen Systemen durchführen - unter anderem in der Membran von Hühnereiern und in toten Ratten."
Die Forschenden wollen verschiedene offene Fragen klären: Wie groß muss die Menge der ausgeschütteten Moleküle sein, damit sie in ausreichender Konzentration beim Empfänger ankommen? Wie hängt diese "Sendeleistung" von der Entfernung ab? Wie wird die Übertragung dadurch beeinflusst, dass Signalmoleküle an den Wänden der Blutgefäße haften bleiben? Zudem wollen die Beteiligten untersuchen, welche Moleküle sich besonders gut für die Informationsübermittlung eignen.
