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Tumortheraphie Intelligente Implantate für die Tumortherapie

| Autor / Redakteur: Sven Becker*, Johannes Clauss*, Joachim Wiest**, Yazay Eminaga*, Dan Anker Hofsöy*, Bernhard Wolf / Dr. Ilka Ottleben

Fortschritte in Mikrosystemtechnik und Mikroelektronik ermöglichen es, intelligente elektronische Systeme zu realisieren, mit denen kontinuierlich relevante Parameter im Körper überwacht werden können.

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Abb. 1: Neu entwickelter Sensorchip zur In-situ-Gelöstsauerstoffmessung (links); Ablauf einer In-situ-Rekalibration (rechts). Zwei Detektionszyklen folgen hierbei einem Generationszyklus. Bei der ersten Detektion wird die Umgebungssättigung und die zusätzlich lokal erzeugte Sauerstoffmenge erfasst, bei der zweiten Detektion lediglich die Umgebungssättigung. (Bild: TU München)
Abb. 1: Neu entwickelter Sensorchip zur In-situ-Gelöstsauerstoffmessung (links); Ablauf einer In-situ-Rekalibration (rechts). Zwei Detektionszyklen folgen hierbei einem Generationszyklus. Bei der ersten Detektion wird die Umgebungssättigung und die zusätzlich lokal erzeugte Sauerstoffmenge erfasst, bei der zweiten Detektion lediglich die Umgebungssättigung. (Bild: TU München)

Diagnostik und Therapie in der Medizin erfahren gegenwärtig einen Paradigmenwechsel weg von traditionellen Verfahren hin zu nicht- oder minimalinvasiven, bildgebenden Verfahren und zu neuen mikroelektronischen Medizingeräten, darunter auch implantierbare Systeme. In-situ-Messungen und die In-situ-Verabreichung von Wirkstoffen spielen eine zunehmend wichtige Rolle. Fortschritte in der Mikroelektronik und Mikrosystemtechnik erlauben die Herstellung kleiner autonomer Systeme, die Heilungsprozesse überwachen und optimieren können [1]. Solche intelligenten elektronischen Systeme sind hybride Strukturen aus Sensoren, Aktoren, Telemetrie- und Signalverarbeitungseinheiten sowie den benötigten Steuerungselektroniken.

In verschiedenen Projekten werden am Heinz-Nixdorf-Lehrstuhl für Medizinische Elektronik der TU München in Zusammenarbeit mit dem Innovationszentrum Medizinische Elektronik gegenwärtig teil- oder vollimplantierbare Sensorsysteme für die Diagnose und Therapie untersucht. Die Anwendungsszenarien reichen dabei von intelligenten Zahnschienen für die Bruxismusüberwachung bis zu Sensoren zur Überwachung des Metabolismus eines Tumors oder des Heilungsprozess eines Knochens [2, 6]. Alle Szenarien basieren auf langjährigen Grundlagenforschungsergebnissen und sind nicht technologie- sondern anwendungsgetrieben.

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Kontinuierliche und ambulante Gewebeüberwachung

In unterschiedlichen Projekten werden seit Jahren amperometrische Sauerstoffsensoren zur In-situ-Messung von Gelöstsauerstoff realisiert. Der Sauerstoffpartialdruck von Geweben steuert entscheidend die Funktion differenzierter Zellen, spielt aber auch bei der Zellteilung und bei invasiven Prozessen in malignen Tumoren eine große Rolle [3, 4].

So korreliert z.B. die Hypoxie in vielen soliden Tumoren mit alterierten metabolischen Profilen und u.a. der Sensitivität bezüglich therapeutischer Bestrahlung. Ein Sensor, der in unmittelbarer Nähe eines solchen Tumors abgesetzt wird, könnte metabolisch bedingte zunehmende Hypoxie messen und wichtige Informationen zur Tumoraktivität liefern, die dann als Basis einer individualisierten und richtig dosierten Therapie herangezogen werden können.

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