OMOXI

30.03.2021 -

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Endoskopisches, optisches Imaging von Zellmetabolismus und Sauerstoffkonzentration für Diagnostik, Therapiemonitoring und Therapiekontrolle (OMOXI)

Die medizinische Problemstellung

In Deutschland erkranken pro Jahr etwa 16.500 Menschen neu an einer bösartigen Erkrankung von Mundhöhle, Rachen oder Kehlkopf. Klinisch nehmen Karzinome aus diesem Bereich national und international hinsichtlich Inzidenz und Mortalität Platz 6 unter den bösartigen Tumoren ein. Zum Nachweis dieser bösartigen Gewebeveränderungen werden dem Patienten heute noch wie schon seit Jahrzehnten Gewebeproben (Biopsien) entnommen und im Labor untersucht. Die Ergebnisse der Laboranalyse liegen oft erst nach Stunden vor und beschränken sich naturgemäß auf die entnommene Gewebeprobe; Aussagen über andere Gewebeareale können nicht getroffen werden.

Zur vollständigen Beurteilung der Tumore wäre jedoch eine vollständige strukturelle und metabolische Charakterisierung erforderlich. Gesundes Gewebe und Tumore unterscheiden sich in ihren Stoffwechselprozessen und ihrer Sauerstoffversorgung voneinander. Diese wichtigen Informationen fehlen bei den derzeitigen Diagnosemethoden. Tumor-Vorstufen und -Frühformen lassen sich deshalb nur schwer erkennen, auch die Abgrenzung des Tumors vom ihn umgebenden Gewebe ist alles andere als einfach.

Die photonische Systemlösung

Hier setzt das vorliegende Forschungsprojekt OMOXI an. Es sollen erstmals optische Verfahren zur Bestimmung des optisch metabolischen Indexes (OMI) mit photonischen Verfahren zur Messung des Sauerstoffgehalts (OXI) kombiniert und im lebenden Patienten angewendet werden. Der HNO-Arzt soll bereits während der Untersuchung bzw. während des Eingriffs diese Informationen online erhalten. Er wäre somit in der Lage, unmittelbar Entscheidungen über die weitere Behandlungsprozedur treffen zu können.

Zur OMI-Bestimmung werden Fluoreszenz-Intensitäten und -Abklingzeiten an Koenzymen gemessen, die für den Stoffwechsel wichtig sind. Durch Messung der Phosphoreszenz-Abklingzeiten sauerstoffabhängiger Marker soll der Sauerstoffgehalt bestimmt werden. Zur gleichzeitigen non-invasiven Strukturbestimmung der untersuchten Gewebeareale soll die Multi-Photonen-Tomographie eingesetzt werden.

Hierzu werden die Verbundpartner ein kompaktes, robustes Ultrakurzpuls-Faserlasermodul, das mehrere Wellenlängen gleichzeitig emittiert, und ein HNO-taugliches endoskopisches Handstück erforschen. Da die Messungen in-vivo im Patienten erfolgen sollen, müssen Algorithmen entwickelt werden, die eine Verfälschung der Messdaten durch Bewegungen des Patienten (z. B. durch dessen Atmung) verhindern. Alle Komponenten werden in einem Gesamtsystem integriert, das in einer klinischen Studie evaluiert werden wird.

Dieses neue kombinierte Verfahren wird jedoch nicht nur die Diagnostik verbessern, sondern es wird den Arzt auch hinsichtlich der Auswahl der am besten geeigneten Behandlungsform unterstützen und bereits im Behandlungsverlauf über den Fortschritt der angewandten Therapie informieren.

Projektsteckbrief

Die Verbundpartner

TOPTICA Photonics AG, Gräfelfing

Becker & Hickl GmbH, Berlin

JenLab GmbH, Jena

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg

Klinikum der Universität München

Universität Ulm

Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf

Ansprechpartner

Prof. Dr. Ronald Sroka