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Translation innovativer zellulärer Biophysik in die personalisierte Medizin: Entwickeln und Etablieren von Mikrosystem-Komponenten und Prägeeinheiten für zellbasierte Assays (MiZiA)
Drittmittelprojekt mit Industriebeteiligung

Prof. Dr.-Ing. Thomas Himmer

Prof. Dr.-Ing. Uwe Kühsel
Dr.-Ing. Katja Günther

Das Ziel der Personalisierten Medizin oder auch „Präzisionsmedizin“ ist das Entwickeln und Anwenden von zielgerichteter Diagnostik und Therapie für den individuellen Patienten. Sie führt zu einer Unterscheidung, welche Therapie für welche Patientengruppen ausgewählt werden sollte – vergleichbar mit dem Angebot von Bekleidung in Konfektionsgrößen anstelle von „Einheitsgrößen“.
Das Konzept der Personalisierten Medizin nutzt die Kenntnis verschiedener Faktoren, um ein präziseres Steuern der Therapie und eine bessere Kontrolle der Krankheit zu ermöglichen (Tavakolpour, 2017). Dies erfolgt in der Regel durch einen der Therapie vorgeschalteten diagnostischen Test, der individuelle Merkmale der Patienten auf z.B. zellulärer Ebene beschreibt. Die Personalisierte Medizin benötigt dabei geeignete Biomarker im Hinblick auf die jeweilige klinische beziehungsweise therapeutische Fragestellung. Ein wichtiger Bestandteil ist daher das Entwickeln sogenannter Begleitdiagnostika. Das sind Tests, die die Voraussetzungen zum zielgerichteten Behandelnn darstellen. Die Diagnostik und Therapie bei komplexen Erkrankungen, wie z.B. in der Onkologie und der klinischen Immunologie, werden dadurch besser, sicherer und effektiver - davon profitieren nicht nur Patienten, sondern auch Ärzte, Kostenträger und die Gesellschaft als Ganzes.
Die große Zahl an unterschiedlichen autoimmunen und onkologischen Erkrankungen zeichnet sich durch eine große klinische und zelluläre Komplexität und Heterogenität aus. Für viele dieser Erkrankungen konnten deshalb bis heute keine der bisher etablierten und einfach anwendbaren Biomarker für die klinische Praxis und die Behandlungsentscheidung anwendbar gestaltet werden. Neue Detektionsmöglichkeiten ermöglichten jedoch in den letzten Jahren das Entwickeln innovativer Analyseverfahren, mit denen speziell zelluläre und humorale Faktoren beim individuellen Patienten charakterisiert werden können. So ergeben sich durch den Einsatz der Einzelzellanalyse neue Einblicke in die Diversität der Zusammensetzung und die zelluläre Heterogenität auf Genom-, Transkriptom-, Proteom- und Metabolomniveau. Eines dieser neuartigen innovativen Zellanalyseverfahren stellt das Beurteilen mechanischer und optischer Eigenschaften von Zellen dar. Wie in aktuellen Publikationen bereits gezeigt, ermöglicht das Betrachten dieser erstmals beschreibbaren zellulären optischen und mechanischen Eigenschaften vollkommen neue Möglichkeiten in der Analyse von z.B. Blutproben, die diagnostische und therapeutischen Relevanz sowohl bei immunologischen als auch onkologischen Erkrankungen haben kann (Töpfner N., 2018). Viele dieser innovativen Testverfahren finden jedoch bis heute keinen regulären Einsatz und sind aufgrund ihrer aufwendigen Handhabung und Anwendbarkeit lediglich Bestandteil wissenschaftlicher Untersuchungen.
Durch den Zuwachs vieler therapeutischer Möglichkeiten und dem Ruf nach Präzisionsmedizin ist es zwingend erforderlich, die Etablierung dieser innovativen Analyse-Verfahren in der klinischen Praxis zu forcieren und die Nutzung neuartiger Biomarker zu ermöglichen.

Eine weitere technische Herausforderung ist die notwendige Dokumentation der Laborabläufe, Ergebnisse und Patienteninformationen. “Was nicht dokumentiert ist, wurde auch nicht gemacht”. Das gilt insbesondere in der Forschung und in der Entwicklung. Heutige automatisierte Systeme können die generierten Daten automatisch dokumentieren, meist aber in eine geschlossene Datenbank, auf die wiederum das Laborsoftwaresystem (LIMS) zugreifen muss, um entsprechende Reports (z.B. Befunde) zu erstellen. Die Ausnahme stellen hier die manuell durchgeführten Prozessschritte dar. Heute erfüllen Laboranten die Dokumentationspflicht durch das Führen eines Laborbuchs, sei es in Papierform oder elektronisch. Dabei werden die Messwerte, Beschriftungen und andere Werte manuell abgelesen und eingetragen, Ausdrucke eingeklebt oder eingescannt und Prozessschritte abgehakt. In allen Fällen ist die Verknüpfung zu den automatisch generierten Daten kaum möglich und maßgeblich abhängig von der Sorgfalt des jeweiligen Mitarbeiters. Die Vorgaben der Zulassungsbehörden zur guten Dokumentationspraxis sind dabei selten umgesetzt.
Weiterhin wird von Ärzten und Schwestern für das Nutzen der erhobenen Labordaten im klinischen Einsatz immer wieder das stringente Verknüpfen der Prozesse im Rahmen eines „intelligenten Dialoges“ zwischen klinischer Parametersituation und spezifischen Labordaten gefordert. Mit dem in Dresden entwickelten Multiple Sklerose Dokumentations System in den 3 Dimensionen Arzt, Patienten, Schwester (MSDS3D) können im Bereich der Multiplen Sklerose multidimensional Daten von Arzt, Schwester und Patienten integriert werden.
Aus o.g. Gründen arbeiten ab dem 01.07.2019 Wissenschaftler der Uniklinik Dresden, des Fraunhofer IWS und der HTW Dresden gemeinsam mit den Industriepartnern Qualityp GmbH, MedicalSyn GmbH und Zellmechanik Dresden GmbH im Rahmen des zweieinhalbjährigen, gemeinsamen Projektes „Translation innovativer zellulärer Biophysik in die personalisierte Medizin“ an einer zukunftsträchtigen Lösung dieser Herausforderungen.
Das Projekt wird von der Europäischen Union und dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung gefördert. Diese Maßnahme wird mitfinanziert durch Steuermittel auf Grundlage des von den Abgeordneten des Sächsischen Landtags beschlossenen Haushaltes.


EFRE

Qualitype GmbH, Dresden MedicalSyn, Dresden Zellmechanik, Dresden Uniklinik, Dresden Fraunhofer IWS, Dresden

01.07.2019 bis 31.12.2021