Ein internationales Forschungskonsortium unter Beteiligung der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) arbeitet an Strategien, über die implantierte medizinische Geräte miteinander oder mit der Außenwelt kommunizieren können. Werden in Zukunft nach einer abgeschlossenen Krebsbehandlung Sensoren im Körper permanent überwachen, ob neue Tumoren entstehen?
Die Partner wollen in den kommenden drei Jahren erforschen, wie implantierte medizinische Geräte Informationen sowohl untereinander als auch mit der Umgebung austauschen können. Dafür stellt die EU im Rahmen ihres Horizon-Programms 3,7 Millionen Euro zur Verfügung. Rund 500.000 Euro fließen in die Teilprojekte an der FAU.
Es gibt schon heute viele medizinische Geräte, die bei einer kleinen Operation in den Körper implantiert werden und dort dann wichtige Funktionen übernehmen. Ein Beispiel sind etwa Herzschrittmacher, die den Schlagrhythmus des Hohlmuskels stabilisieren. In Zukunft könnten Implantate aber auch noch bei ganz anderen Aufgaben zum Einsatz kommen.
„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“, erklärt Dr. Maximilian Schäfer vom Lehrstuhl für Digitale Übertragung der FAU, der von Prof. Dr. Robert Schober geleitet wird.
Über einen Anstieg der Konzentration von Tumormarkern im Gewebe könnte das Implantat beispielsweise über Funk Alarm schlagen. Das funktioniert aber oft nicht zuverlässig, da Gewebswasser und Blut das Signal dämpfen. Schober will als Ingenieur für Kommunikationstechnik den gleichen Weg nutzen, über den auch lebende Zellen Informationen austauschen: über Moleküle. Wenn etwa Immunzellen im Körper einen Krankheitserreger entdecken, rufen sie mit Botenstoffen andere Abwehrzellen zur Hilfe. Das Implantat soll dann ein spezielles Signalmolekül in den Blutstrom abgeben, das über optische Sensoren nachgewiesen wird – ganz ohne Blutentnahme.
Die Forschung zur molekularen Kommunikation steckt noch in den Kinderschuhen. Das EU-Projekt ERMES soll das in den kommenden drei Jahren ein Stück weit ändern. Die Beteiligten wollen darin unter anderem untersuchen, wie sich Signalmoleküle im Organismus ausbreiten, u.a. mit Hilfe von Computermodellen.
Die Forschenden wollen so verschiedene offene Fragen klären: Wie groß muss die Zahl 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? Die Beteiligten wollen zudem untersuchen, welche Moleküle sich für die Weitergabe von Informationen besonders gut eignen. Diese müssen so beschaffen sein, dass sie keine unerwünschten Nebenwirkungen im Körper auslösen. Außerdem sollten sie binnen kurzer Zeit abgebaut oder ausgeschieden werden.
Idealerweise sollten sich diese künstlichen Botenstoffe zudem möglichst einfach und zuverlässig nachweisen lassen. In diesem Zusammenhang spielen auch Sicherheits-Aspekte eine Rolle. Ein unbefugte Abfangen von molekularen Nachrichten und damit sensiblen medizinischen Daten soll verhindert werden.
In ERMES kooperiert das Team um Prof. Dr. Robert Schober an der FAU unter anderem mit der Universität Regensburg, der TH Deggendorf sowie mit Partnern aus Finnland und Frankreich. Die Federführung des Projekts, an dem auch verschiedenen Firmen beteiligt sind, liegt bei der Università di Catania in Italien.