Interdisziplinäre Expertise auf einem Chip vereinigt

Eine Sensorplattform soll akute, anfall­artige Verschlim­merungen chronisch-entzünd­licher Atemwegs­erkrankungen vorher­sagen. Daran arbeiten neun Leibniz-Institute gemein­sam im Pilot­projekt „EXASENS“. Der Verbund wird vom Bundes­ministerium für Bildung und Forschung mit 6,25 Millionen Euro gefördert. In den kommenden drei Jahren wollen die Wissen­schaftler an einem Vor-Ort-Diagnostik-System zur Vorher­sage und Diagnostik der chronisch-entzünd­lichen Atemwegs­erkrankungen Asthma und chronisch obstruktive Lungen­erkrankung COPD forschen. Von besonderer Brisanz für die Patienten sind akute, anfall­artige Verschlimmerungen – Exazer­bationen – der Erkrankungen, die zu lebens­bedrohlichen Kompli­kationen führen können. Ein exaktes Monitoring des Krankheits­zustandes und eine früh­zeitige Diagnostik sich anbahnender Exazer­bationen ist essentiell für eine verbesserte Lebens­qualität und die optimale Behandlung des Patienten. Herkömmliche Verfahren basieren auf Lungen­funktions­tests und der subjektiven Einschätzung durch einen erfahrenen Arzt. Die so gewonnenen Ergebnisse sind jedoch nicht spezifisch genug, um die Ursache der Exazer­bation zu diagnos­tizieren, Vorher­sagen zu treffen und früh­zeitig individuell abge­stimmte Therapie­maß­nahmen einzu­leiten.

Das Projekt „EXASENS“ soll diese diagnostische Lücke schließen. Dazu werden zunächst poten­tielle Aus­löser von Exazer­bationen, wie zum Beispiel Bakterien, Viren, Pilz­sporen oder auch Stäube, mit opto­elektro­nischen und photo­nischen Mess­verfahren charakte­risiert und spezifische Indikatoren definiert, welche eine zuver­lässige Vorher­sage von Exazer­bationen erlauben. Parallel dazu wird eine modular aufge­baute Kartusche entwickelt, in der alle erforder­lichen Schritte zur Aufbe­reitung und Analyse von Patienten­proben durch­geführt werden können. Die Wissen­schaftler legen dabei den Fokus auf Lab-on-a-Chip-Technologien. Durch die Kombi­nation mehrerer Cent-Stück-großer Chips mit unter­schied­licher Funktio­nalität entsteht eine Mess­platt­form, die dem Nutzer inner­halb kurzer Zeit krank­heits­spezifische Infor­mationen liefern wird. Die komplexen Abläufe der Analyse etwa von Speichel­proben werden in einem intuitiv zu bedienenden Gerät integriert, das in der Arzt­praxis oder zu Hause anwendbar ist. Mediziner können so eine Verschlim­merung im Krank­heits­verlauf früh­zeitig und ursachen­spezifisch erkennen und indi­viduelle Therapie­maß­nahmen ein­leiten.

Aufgrund der kompakten Bauweise und einfachen Hand­habung eignet sich die Techno­logie auch für tele­medizi­nische Anwen­dungen. Betrof­fenen Patienten wird es ermög­licht, den Krank­heits­verlauf selbst­ständig und verläss­lich zu über­wachen und die Test­ergeb­nisse online an den behan­delnden Haus­arzt oder eine Klinik zu über­mitteln. Die Anzahl nicht erforder­licher ambu­lanter oder gar notfall­medizi­nischer Behand­lungen und die dadurch ent­stehenden Kosten für das Gesund­heits­system können drastisch redu­ziert werden. „Die gezielte inter­diszi­plinäre Zusammen­arbeit von Instituten aus unter­schiedlichen Sektionen der Leibniz-Gemein­schaft versetzt uns in die Lage, ein Thema entlang der Innovations­kette von der Grund­lagen­forschung bis hin zur Vermark­tung von Lösungen und Verfahren durch Industrie­partner bearbeiten zu können“, sagt Jürgen Popp, Koordi­nator des Projekts und wissen­schaftlicher Direktor des Leibniz-Instituts für Photo­nische Techno­logien. Darüber hinaus wird durch die enge Zusammen­arbeit der Leibniz-Institute mit Kliniken und Einrich­tungen der biolo­gischen und medizi­nischen Forschung eine Vali­dierung der erforschten Techno­logien ermöglicht. Die zukünftige Einbindung von Unter­nehmen wird zur schnellen Über­führung der Sensor­platt­formen in alltags­taugliche Anwendungen führen.

LIPT / RK