Personalisierter Medizintechnik

Experten der Deutschen Gesellschaft für Biomedizinische Technik im VDE beleuchten in dem Kompendium die Themen Biomarker, Bioimplantate, computergestützte Patientenmodelle und Theranostik im OP aus klinischer sowie technologischer Sicht und analysieren verschiedene Entwicklungspotenziale. Um diese für den Medizintechnik-Standort Deutschland wichtigen Ansätze vorantreiben zu können, ist aber neben der Optimierung der Technik auch eine breitere Forschungsförderung der betroffenen Bereiche unabdingbar, so die Autoren des Innovationsreports.

Biomarker sind Strukturen oder Moleküle, die Ärzten Informationen über biologische oder krankheitsbedingte Vorgänge im Körper ihrer Patienten geben können. Zur Beurteilung des Krankheitszustands eines Patienten oder zum Nachweis von Virusinfektionen werden die Marker bereits heute eingesetzt. Ganz anders verhält es sich bei der Prognose hinsichtlich der Reaktion der Patienten auf bestimmte Medikamente oder Behandlungsformen. Dabei hat man in der Onkologie und Virologie die Erfahrung gemacht, dass mit der Ansprechrate auch die Lebensqualität der Patienten steigt und durch den Einsatz prädiktiver und prognostischer Biomarker Kosten gesenkt werden. Mithilfe neuer Technologien gilt es laut Innovationsreport jetzt, grundlegende molekulare Zusammenhänge im Körper zu analysieren und zu verstehen. In Zukunft müssen neue Biomarker identifiziert und die Klassifikation von Patienten in sogenannte Kohorten, die unterschiedlich auf verschiedene Therapieformen anspringen, vorangetrieben werden. Der Wunsch, Biomarker schnell zu nutzen, werde die Bedeutung des sogenannten Point-of-Care-Testing (POCT), also von Testverfahren, die nicht in Zentrallaboren, sondern in der Nähe des Patienten durchgeführt werden können, stärken.

Unfälle, Missbildungen und Krankheiten können dazu führen, dass Patienten neues Gewebe oder neue Organe benötigen. Die steigende Lebenserwartung sorgt dafür, dass der entsprechende Bedarf kontinuierlich wächst. Gegenüber rein technischen Implantaten zeichnen sich Lösungen mit biologischen Komponenten durch eine größere Infektresistenz und eine höhere Akzeptanz durch das Immunsystem aus. Das gilt sowohl für technisch-biologische Kombinationslösungen als auch für rein biologische Implantate, die entweder injiziert oder außerhalb des Körpers gezüchtet werden. Während einfache Knorpel- und kleine Knochenimplantate bereits klinisch angewendet werden, muss im Bereich der komplexeren Organe noch geforscht werden. Der Innovationsreport konzentriert sich auf drei Ansätze zur Entwicklung einer kapillaren Netzwerkstruktur, die hierfür benötigt wird. Weitere Potenziale für die Industrie identifizieren die Autoren im Bereich der Entwicklung nicht-destruktiver Methoden der Qualitätskontrolle, bei der Automatisierung von bisher manuell durchgeführten Prozessen und im logistischen Bereich.

Dank modernster IT-Technik ist es heute möglich, Organe eines bestimmten Patienten anhand verschiedener Daten zu beschreiben und realitätsnah am Computer abzubilden. In diese Simulation kann eine Vielzahl von Daten, wie etwa Bilder, Blutwerte oder EKG-Daten einfließen. Außer rein geometrischen Modellen können so auch deren Veränderungen im Laufe der Zeit dargestellt oder funktionelle Größen wie eine Kontraktion berücksichtigt werden. Es ist möglich, solche Patientenmodelle zur Überprüfung einer hypothetischen Diagnose einzusetzen, indem der Computer berechnet, ob und inwieweit diese mit allen hinterlegten Patientendaten vereinbar ist. Mithilfe von Daten aus empirischen Patientenstudien lassen sich anhand der Simulationen auch Aussagen über die Wahrscheinlichkeit des weiteren Krankheitsverlaufs und über die möglichen Auswirkungen eines Therapieansatzes treffen. In die Berechnung können auch grundlegende Gesetzmäßigkeiten aus Physiologie, Physik und Chemie einfließen. Darüber hinaus sehen die Autoren die Möglichkeit, dass Computermodelle künftig helfen, Forschungsdesigns für Patientenstudien anzulegen, um den Informationsgewinn zu maximieren.

Neue Geräte halten heutzutage schnell Einzug in die Operationssäle. Im Hinblick auf innovative Technologien schwinden die Berührungsängste. Ziel der Theranostik, also der technologiegestützten Verschmelzung von Therapie und Diagnostik, ist es, die richtige Therapie für den richtigen Patienten zur richtigen Zeit zu ermitteln. Sie eröffnet auch bei chirurgischen Eingriffen die Möglichkeit zur Anpassung an die individuelle Anatomie eines Patienten. Realisiert wird dies durch einen geschlossenen Kreislauf (Closed Loop System) aus technikgenerierten diagnostischen Informationen wie Bildern oder Messwerten und auf diesen Erhebungen basierenden Reaktionen der beteiligten Ärzte. Um dieses Verfahren künftig zu optimieren, müssen die Geräte verschiedener Hersteller laut dem aktuellen Innovationsreport nicht nur so miteinander vernetzt werden, dass sie reibungslos Daten austauschen können. Darüber hinaus ist es essenziell, dass die gesammelten Bilder und Daten so aufbereitet werden, dass sie für die Ärzte kognitiv schnell und ganzheitlich zu verarbeiten sind. Auf diesem Weg ließe sich die Akzeptanz entsprechender Lösungen steigern, so die Autoren.

Der VDE-Innovationsreport „Personalisierte Medizintechnik“, wurde von der Deutschen Gesellschaft für Biomedizinische Technik im VDE erstellt. Sie erhalten ihn kostenlos im Internet unter www.vde.com/dgbmt.

COMPAMED.de; Quelle: VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V.