Wissenschaftler der Universität Rostock vom Lehrstuhl für Technische
Elektronik und Sensorik entwickeln mit der Medizintechnikfirma Blueprint
Medical ein Messgerät zur kontinuierlichen Messung der Sauerstoffsättigung
im Gehirn ohne Blutentnahme.

Von Selmsdorf in die Welt. In dem kleinen Ort nahe Wismar hat die Firma
Bluepoint Medical ihren Sitz. Ein Unternehmen, das derzeit international
von sich reden macht. Denn es hat gemeinsam mit Forschern von der
Universität Rostock ein sensationelles Medizinprodukt entwickelt. Ein
unscheinbares, etwa 400 Gramm schweres Gerät, das kontinuierlich die
Sauerstoffsättigung im Gehirn des Menschen messen kann. Wichtig ist dies
für Patienten, die bei einer großen Operation an die Herz-Lungen-Maschine
angeschlossen werden. „Dabei besteht die Gefahr, dass das Gehirn zu wenig
Sauerstoff bekommt“, erklärt Bernd Lindner, Geschäftsführer von Bluepoint
Medical. Aus diesem Grund entwickelten Uni-Forscher gemeinsam mit seinem
Team ein Messverfahren, mit dessen Hilfe der Sauerstoffgehalt im Gehirn
kontrolliert werden kann. „Zerebrale Oximetrie“ nennt sich dieses
Verfahren. „Auf diese Weise kann das Risiko von Hirnschäden nach
Operationen mit Herz-Lungen-Maschinen signifikant vermindert werden“, so
Lindner.

Möglich wurde die Neuentwicklung durch die intensive Zusammenarbeit der
Selmsdorfer Medizintechniker mit der Universität Rostock. Professor
Hartmut Ewald vom Lehrstuhl für Technische Elektronik und Sensorik und
sein Assistent Dr. Ulrich Timm arbeiten bereits seit 2009 eng mit dem
Selmsdorfer Unternehmen zusammen und bringen beträchtliche Erfahrungen
mit. Sie haben unter anderem die neue Technologieplattform „SMARTsat“
entwickelt. Dabei handelt es sich um ein Verfahren zur kontinuierlichen
Bestimmung der arteriellen Sauerstoffsättigung und der
Hämoglobinkonzentration des menschlichen Blutes durch Lichtabsorption,
also ohne eine Blutentnahme.

Jetzt ist es den Wissenschaftlern gelungen, ein Funktionsmuster zu bauen,
mit dem die zerebrale Sauerstoffsättigung im Gehirn bestimmt werden kann.
Bis jetzt beherrschen amerikanische Firmen nach Aussagen der Forscher den
Weltmarkt mit dieser weit entwickelten Medizintechnik. Bluepoint ist damit
die einzige Firma in Europa, die gemeinsam mit der Universität Rostock
solch ein Know How entwickelt hat. „Es ist zudem weltweit das erste mobile
System für die klinische Notfallversorgung“, sagt Dr. Timm nicht ohne
Stolz. Die Markteinführung des neuen Geräts ist für das zweite Quartal
2020 geplant.

Nutznießer sind insbesondere Unfallpatienten oder Menschen nach schweren
Operationen, für die künftig durch diese Entwicklung auch eine Überwachung
außerhalb des OP-Saals möglich wird. Denn Nervenzellen sind anders als
andere Körperzellen nicht in der Lage, ihren Energiebedarf in
ausreichendem Maße ohne Sauerstoff zu decken. Sauerstoffmangel im Gehirn
kann deshalb binnen weniger Minuten zu schwersten Störungen der
Hirnfunktion führen. Aus diesem Grund ist die Überwachung der
Sauerstoffsättigung im Gehirn von größter Notwendigkeit. Durch das neue
Mess-System kann somit eine große Gefahr für Patienten vermindert werden.

Im März findet in Kalifornien die abschließende klinische Validierung,
sprich: klinische Prüfung, statt. „Unsere Forscher sehen bei dieser
technischen Entwicklung sehr konkret, dass ihre Arbeit in ein neues
Produkt mündet“, unterstreicht Professor Ewald. Das sei in der
Grundlagenforschung eher selten der Fall.

Die besondere Herausforderung für die Rostocker Wissenschaftler war die
theoretische Simulierung dieses Sensor-Systems. Die exakte Geometrie des
menschlichen Schädels (Lichtausbreitung, Schweiß, Reflexe und Absorption)
nachzuempfinden, sei äußerst kompliziert, erläutert Professor Ewald. So
hätten die Forscher Soft- und Hardware mit einem speziellen Design und
entsprechend angepassten Algorithmen entwickelt, mit der die Elektrode
zielgenau am Kopf befestigt werden könne. Den dafür notwendigen Sensor
haben die Rostocker Forscher selbst erfunden.

Mecklenburgs Wirtschaftsminister Harry Glawe kommentiert: „Mit dem
Vorhaben wird das Wissen und Können der Universität Rostock und der
Mecklenburger Medizintechnikfirma erfolgreich zusammengeführt. Gerade auf
dem Gebiet der Medizintechnik werden innovative Lösungen gebraucht, die
die Gesundheitswirtschaft bei uns im Land weiter voranbringen.
Entscheidend ist am Ende die erfolgreiche Markteinführung. Mit einer
erfolgreichen Produktion würden viele Arbeitsplätze bei uns im Land
entstehen.“

Mit Hilfe der neuen bildgebenden Massenzytometrie untersuchten UZH-
Forschende die Bauchspeicheldrüse von Organspendern mit und ohne
Typ-1-Diabetes. Die Studie zeigt, dass die Insulin-produzierenden Beta-
Zellen am Anfang der Krankheit in veränderter Form teilweise noch
vorhanden sind. Lassen sich diese noch retten, könnte der
Krankheitsverlauf verlangsamt oder gar gestoppt werden.

Die sogenannten Langerhans-Inseln in der Bauchspeicheldrüse spielen eine
Schlüsselrolle für die Regulation des Zucker-Stoffwechsels. Die dort
angesiedelten Beta-Zellen überwachen den Zuckergehalt im Blut und schütten
bei Bedarf Insulin aus. Insulin wiederum fördert die Aufnahme von Zucker
in den Zellen. Bei Typ-1-Diabetes werden diese Beta-Zellen in einer
Autoimmunreaktion von körpereigenen weissen Blutkörperchen zerstört.

Untersuchungen nur an gespendeten Organen möglich

Bisher ist nur wenig darüber bekannt, was sich im Innern der
Bauchspeicheldrüse abspielt, wenn sich eine Typ-1-Diabetes entwickelt -
denn Biopsien und hochaufgelöste Abbildungen dieses Organs sind am
lebenden Menschen nicht möglich. "Vieles von dem, was wir über
Typ-1-Diabetes im Menschen wissen, stammt deshalb von Bauchspeicheldrüsen
von Organspendern und diese sind sehr selten", sagt Bernd Bodenmiller vom
Institut für Quantitative Biomedizin der Universität Zürich. Deswegen
streben die Forschenden an, so viele Erkenntnisse wie möglich aus jedem
einzelnen Spenderorgan zu gewinnen.

Viele Informationen aus ein und derselben Gewebeprobe

Bodenmillers Team hat nun in Zusammenarbeit mit Forschungsgruppen aus Genf
und den USA erstmals die bildgebende Massenzytometrie zur Untersuchung von
gespendeten Bauchspeicheldrüsen eingesetzt: "Damit können wir gleichzeitig
die Beta-Zellen, weitere Zelltypen der Langerhans-Inseln sowie
eingedrungene Immunzellen visualisieren", erklärt Bodenmiller den Vorteil
dieser Methode, an deren Entwicklung die Universität Zürich eine zentrale
Rolle gespielt hat. "Solche Analysen waren mit traditionellen Ansätzen
bisher nicht möglich."

Für die Studie analysierte der Erstautor Nicolas Damond vom Institut für
Quantitative Biomedizin insgesamt zwölf Spenderorgane - vier von gesunden
Menschen, vier von Patienten in Frühstadium von Typ-1-Diabetes und vier
von Patienten in einem fortgeschrittenen Stadium der Krankheit. Aus den
Ergebnissen erstellte das Forscherteam von jeder Bauchspeicheldrüse eine
Karte, die zeigt, wie die verschiedenen Zelltypen in den Langerhans-Inseln
verteilt sind und in welchem Zustand sich die Beta-Zellen befinden.

Ansatzpunkt für eine Therapie im Frühstadium der Diabetes

Die Daten der verschiedenen Spenderorgane führte Damond dann in einer
sogenannten Pseudo-Zeitachse zusammen. Damit konnte er rekonstruieren, wie
sich das Gewebe der Bauchspeicheldrüse im Verlauf von Typ-1-Diabetes vom
Beginn der Krankheit bis hin zum Endstadium verändert.

Ein Befund war hierbei besonders interessant: Im Anfangsstadium sind in
den Langerhans-Inseln noch überraschend viele Beta-Zellen zu finden. Diese
sehen zwar anders aus als normal und produzieren weniger Insulin, sind
aber möglicherweise noch vor einer vollständigen Zerstörung zu retten.
"Wenn es gelingen würde, den Autoimmun-Angriff in diesem frühen Stadium zu
stoppen, könnten diese Zellen vielleicht ihre Funktion wiedergewinnen und
bei der Regulation des Blutzuckerspiegels der Patienten helfen", so
Damond.

Neue Erkenntnisse zur Autoimmunität

Mit der bildgebenden Massenzytometrie lokalisierte die Forschungsgruppe
ebenfalls den speziellen Typ der weissen Blutkörperchen, der nach
derzeitigem Wissensstand für die Zerstörung der Beta-Zellen verantwortlich
ist. Sie fanden diese Immunzellen hauptsächlich in der Bauchspeicheldrüse
von Patienten im Anfangsstadium der Krankheit, vor allem in Langerhans-
Inseln, die viele überlebende Beta-Zellen enthielten. In Langerhans-
Inseln, deren Beta-Zellen schon weitgehend zerstört waren, konnten sie
dagegen viel weniger dieser weissen Blutkörperchen nachweisen.

Diese Resultate können dabei helfen, den Mechanismus der
Autoimmunreaktion, zu dem es im Moment noch viele offene Fragen gibt,
aufzuklären. Das hofft auch Bodenmiller: "Unsere Studie demonstriert, dass
die bildgebende Massenzytometrie einen wertvollen Beitrag dazu leisten
kann, den Krankheitsverlauf von Typ-1-Diabetes besser zu verstehen. Sie
liefert damit eine Grundlage für die Planung weiterführender Experimente
und die Entwicklung neuer Hypothesen."

Literatur:
Nicolas Damond, Stefanie Engler, Vito R.T. Zanotelli, Denis Schapiro,
Clive H.
Wasserfall, Irina Kusmartseva, Harry S. Nick, Fabrizio Thorel, Pedro L.
Herrera, Mark A. Atkinson, and Bernd Bodenmiller. A Map of Human Type 1
Diabetes Progression by Imaging Mass Cytometry. Cell Metabolism, 31.
Januar 2019. Doi: https://doi.org/10.1016/j.cmet.2018.11.014

Bei der Behandlung von Lebermetastasen übernimmt das Universitätsklinikum
Carl Gustav Carus Dresden erneut eine Vorreiterrolle. Anfang Februar 2019
wurde beim ersten Krebspatienten weltweit eine neue Testsubstanz vor der
Therapie der von Metastasen befallenen Leber mit radioaktiv beladenen
Kügelchen eingesetzt. Seit 2017 setzen die Experten der Klinik für
Nuklearmedizin in Zusammenarbeit mit den Kollegen des Instituts für
Radiologie die mit Holmium-166 radioaktiv beladenen Kügelchen ein – der
weltweit erste Patient damals wurde ebenfalls am Universitätsklinikum
behandelt.

Vor dem Eingriff müssen die Mediziner genau überprüfen, an welchen Stellen
der Leber der Wirkstoff eingesetzt werden kann. Er soll nur an den vom
Krebs befallenen Stellen wirken – im restlichen, gesunden Teil der Leber
würde Holmium-166 großen Schaden anrichten. Bisher haben die Mediziner für
diesen Test eine Substanz eingesetzt, die zwar ähnlich, aber nicht
identisch dem Holmium-166 ist. „Die neue Testsubstanz ist genau wie das
Therapeutikum und gibt uns sowie den Patienten mehr Sicherheit“, sagt
Prof. Ralf-Thorsten Hoffmann, Direktor des Instituts für diagnostische und
interventionelle Radiologie am Uniklinikum. Erst im Januar 2019 wurde der
Wirkstoff auf dem Markt zugelassen. „So können wir den Tumor bestmöglich
schädigen, ohne dabei die gesunde Leber anzugreifen.“

Das lebensbedrohliche Wachstum von Tumoren beziehungsweise Metastasen
lässt sich mit der „Selektiven Internen Radio-Therapie“ – kurz SIRT – in
vielen Fällen wirksam bremsen. Mit dem Verfahren lässt sich das
Krebsgewebe gleichzeitig aushungern und bestrahlen. Bei dieser
minimalinvasiven Therapie nutzen die Nuklearmediziner und Radiologen
sogenannte Mikrosphären. Das sind feinste Kügelchen mit einem Durchmesser
von 20 bis 30 Mikrometern – was etwa der drei- bis vierfachen Größe von
Blutplättchen entspricht. Die winzigen Sphären werden über einen Katheter
direkt in die Arterien des betroffenen Organs eingeschleust – das
Verfahren wird aktuell zumeist bei Tumorerkrankungen der Leber angewandt.
Aufgrund ihrer Größe passieren die Kügelchen das gesunde Gewebe,
verstopfen jedoch kleinere Blutgefäße der Tumore oder Metastasen und
verringern so deren Durchblutung. Dieses Prinzip nennen die Mediziner
Embolisation. Gleichzeitig geben die in den Gefäßen steckenbleibenden
Mikrosphären radioaktive Strahlung ab, die das kranke Gewebe so stark
schädigt, dass es abstirbt.

Bis 2017 nutzten die Ärzte weltweit den Beta-Strahler Yttrium-90 mit aus
Glas oder Kunstharz bestehenden Kügelchen als Trägersubstanz. Die nun
eingesetzten Mikrosphären bestehen aus dem Kunststoff Polylactid und sind
mit Holmium-166 markiert. Das weist besondere paramagnetische
Eigenschaften auf, die denen des Eisens weit überlegen sind. Am
Uniklinikum Dresden wurden im April 2017 erstmals weltweit diese Sphären
in der klinischen Routine eingesetzt. Seitdem wurden 15 Patienten damit
behandelt. Die Methode wird ausschließlich bei Patienten eingesetzt, bei
denen der Tumor in der Leber bereits Metastasen gebildet hat und eine
Operation nicht infrage kommt. Die Entscheidung, Krebspatienten mit der
Selektiven Internen Radio-Therapie zu behandeln, fällt im
interdisziplinären Tumorboard des Nationalen Centrums für
Tumorerkrankungen (NCT/UCC). In diesem Gremium diskutieren die Experten
aller mit der Behandlung von Krebsleiden befassten Fachgebiete mehrmals
wöchentlich die Befunde aller Krebspatienten und entscheiden
einvernehmlich über die weiteren Schritte von Diagnostik und Therapie.

Um passgenau nur die vom Krebs befallenen Stellen mit den
Holmium-166-Kügelchen zu therapieren, müssen die Mediziner vorher eine
Testsubstanz verabreichen. Damit können Sie die genaue Verteilung der
Blutgefäße in der Leber und im Tumor erkennen. Bisher stand dafür eine
Testsubstanz zur Verfügung, die zwar dem Holmium-166 ähnelte, jedoch nicht
identisch war. Diese Unsicherheit für die Mediziner ist jetzt behoben. Der
neue Teststoff entspricht dem Therapeutikum in Größe und Dichte; er wurde
erst im Januar 2019 zugelassen. „Nun können wir noch genauer bestimmen,
wie sich das Holmium-166 in der Leber verteilt und ob es genau an die
Stelle in der Leber gelangt, wo wir den Tumor und die Metastasen bekämpfen
wollen“, sagt Prof. Ralf-Thorsten Hoffmann. Die Testsubstanz erlebte ihre
Weltpremiere Anfang Februar 2019 am Uniklinikum Dresden, als sie einem
65-jährigen Patienten appliziert wurde.

Ein wesentlicher Grund dafür, dass auch diese Premiere in Dresden
stattfand, ist die enge Zusammenarbeit der Experten der Klinik für
Nuklearmedizin mit ihren auf interventionelle Verfahren spezialisierten
Kollegen des Instituts für Radiologie. „Die erneute medizinische Premiere
am Uniklinikum Dresden beweist, das sich die intensive interdisziplinäre
Zusammenarbeit von Medizinern und Wissenschaftlern der Hochschulmedizin
Dresden auszahlt“, sagt Prof. Michael Albrecht, Medizinischer Vorstand des
Dresdner Uniklinikums. „Die Vorreiterschaft beim Einsatz dieser noch
sichereren und für die Patienten schonenderen Methode ist ein Beleg für
Dresdens überragende Position in der Krebsmedizin.“