Implantierte medizinische Geräte Krebs: Schlagen bald Sensoren im Körper Alarm?

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Überwachen in Zukunft nach einer abgeschlossenen Krebs-Behandlung Sensoren im Körper, ob neue Tumoren entstehen? Daran arbeiten Forscher der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU).

Bereits heute gibt es viele medizinische Geräte, die bei einer kleinen Operation in den Körper implantiert werden und dort dann wichtige Funktionen übernehmen. Ein Beispiel sind Herzschrittmacher. In Zukunft könnten Implantate aber auch noch bei ganz anderen Aufgaben zum Einsatz kommen, etwa bei der Krebs-Nachsorge.

 „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 an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU).

Sensoren erkennen neue Krebs-Zellen

Wenn dann nach Monaten oder Jahren nach der Entfernung eines Tumors die Konzentration von Tumormarkern im Gewebe ansteigt, dann könnte das Implantat Alarm schlagen. „Eine Möglichkeit wäre, dass der Sensor das Ergebnis seiner Messungen per Funk übermittelt“, so Maximilian Schäfer. Das funktioniere aber oft nicht zuverlässig, da Gewebswasser und Blut das Signal dämpfen. Zudem sei es schwierig, in kleinen Implantaten die nötigen Antennen und Batterien zu verbauen.

Denkbar ist beispielsweise, dass Sensoren nach der Entfernung eines Tumors in das Gewebe eingesetzt werden und dort rund um die Uhr überwachen, ob eine neue Geschwulst entsteht.

Dr. Maximilian Schäfer, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)

Der Ingenieur für Kommunikationstechnik möchte daher stattdessen einen Weg nutzen, über den auch lebende Zellen Informationen austauschen: Sie nutzen dazu nicht etwa elektromagnetische Wellen, sondern Moleküle. Wenn etwa Immunzellen im Körper einen Krankheitserreger entdecken, rufen sie mit Botenstoffen andere Abwehrzellen zur Hilfe. „Analog dazu könnte das Implantat ein spezielles Signal-Molekül in den Blutstrom abgeben, sobald die Menge an Tumormarkern ansteigt“, erklärt Schäfer. „Im Idealfall ließe sich dieses Molekül ohne Blutentnahme von außen nachweisen, beispielsweise über optische Sensoren – vielleicht sogar denen in der Smartwatch des Patienten.“

Molekulare Kommunikation

Noch steckt die Forschung zur molekularen Kommunikation jedoch 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 Signal-Moleküle im Organismus ausbreiten. „Wir wollen dazu zunächst mit Hilfe von Computer-Modellen ihren Weg von einem Sender zu einem Empfänger simulieren“, erklärt Schäfer. „Außerdem werden wir Experimente in biologischen Systemen durchführen – unter anderem in der Membran von Hühnereiern und in toten Ratten.“

Digitale Krebsvorsorge

Schonende und KI-gestützte Prävention

Die Forscher 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.

 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.