Technologie

An der Schwelle zu Medizin 4.0

In der technischen Welt ist Industrie 4.0 längst zum stehenden Begriff geworden. Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Bernhard Wolf stellt eine vergleichbare Entwicklung in der Medizin fest. Smart Systems und Personalisierung bergen ein enormes instrumentelles Potenzial, ist der Lehrstuhlinhaber für Medizinische Elektronik an der TU München überzeugt.

Photo: An der Schwelle zu Medizin 4.0
Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Bernhard Wolf, Lehrstuhlinhaber für Medizinische...
Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Bernhard Wolf, Lehrstuhlinhaber für Medizinische Elektronik an der TU München.

Was bedeutet Medizin 4.0?

Die Bezeichnung spielt natürlich auf die sogenannte Industrie 4.0 an, wo wir die Entwicklung von der vorindustriellen Zeit über die Einführung von Dampfmaschine und Elektrizität bis zu Vollautomatisierung und Computertechnik verfolgen konnten. In der Medizin hat sich Vergleichbares vollzogen. Ausgehend von der Naturmedizin konnten wir einen ersten wichtigen Schub mit der Entdeckung von Antibiotika und der Einführung der Röntgentechnologie feststellen. Tuberkulose wurde dank der Röntgentechnik nahezu ausgerottet und die Komplikationsrate bei Operationen durch den Antibiotika-Einsatz deutlich verringert. Ein weiterer wichtiger Schritt vorwärts gelang dank NMR und Halbleitertechnik. Diese Medizin 3.0 ist durch verbesserte Röntgentechniken und bildgebende Verfahren sowie den Einsatz von Herzschrittmachern gekennzeichnet. Jetzt stehen wir an der Schwelle zu einer neuen Stufe. In der Medizin 4.0 erschließen Smart Systems und Personalisierung neue Therapiewege.

Welche sind das?

Ein wichtiger Bereich ist die Onkologie. In einem vom BMBF geförderten Projekt haben wir beispielsweise ein Implantat-System zum gezielten Monitoring von gelöstem Sauerstoff entwickelt. In vielen soliden Tumoren korreliert Sauerstoffmangel mit abnormen metabolischen Profilen und der Sensitivität auf therapeutische Bestrahlung. Ein in unmittelbarer Nähe zum Tumor eingesetzter Sensor kann eine zunehmende Hypoxie feststellen und damit wichtige Informationen zur Tumoraktivität liefern, die eine individualisierte und optimal dosierte Therapie bestimmen. Möglich wäre sogar, dass Medikamente aus einem Wirkstofftank im Implantat direkt in den Tumor abgegeben werden.

Bei der Wahl und Dosierung eines Chemotherapeutikums verspricht die personalisierte Therapie große Chancen. Da der metabolische Zustand von Zellen und Geweben nicht nur von den Genen sondern auch von den Umgebungsbedingungen abhängt, ist es vielversprechend, Stoffwechselprodukte und Signale der Zellen zu charakterisieren. Wir haben elektronische Sensoren entwickelt, die den metabolischen Zustand von Zellen direkt und ohne Hilfsreagenzien überwachen können. Die Reaktion von Zellen auf Medikamente lässt sich etwa durch Änderung der Sauerstoffkonzentration oder des ph-Werts im Gewebe nachvollziehen. Wir haben eine vollautomatische Analyseplattform entwickelt, mit der in kurzer Zeit auch größere Messreihen erstellt werden können. Diese befindet sich zurzeit in der klinischen Erprobung.

Gibt es noch andere Bereiche?

Für den praktischen Einsatz ist bereits eine Kapsel zugelassen, die eine Mikrokamera enthält – die Entwicklung einer anderen Forschergruppe. Patienten können diese einfach schlucken und müssen sich nicht mehr einer Endoskopie unterziehen. Viele andere Projekte befinden sich noch im experimentellen Stadium und demonstrieren eher die prinzipielle Machbarkeit der Miniaturisierung, die wir dank Weiterentwicklungen durch die Halbleiterindustrie sozusagen geschenkt bekommen haben. Angesichts der demografischen Entwicklung hat sich auch die Versorgung von Demenz-Patienten zu einem wichtigen Thema entwickelt. Intelligente Drug-Delivery-Systeme könnten diese Patienten mit den entsprechenden Medikamenten versorgen. Amerikanische Forscherteams arbeiten sogar an einem implantierbaren System, das zur Behandlung von Allergien eingesetzt werden soll. Die amerikanischen Kollegen gehen davon aus, dass Allergien schlussendlich in elektrischen Fehlsteuerungen in der Gewebe-Struktur begründet sind. Die Therapie erfolgt nicht auf medikamentösem Weg, sondern durch elektrische Signale.

Wie werden die technischen Entwicklungen von der Bevölkerung angenommen?

Befragungen zeigen, dass die Bevölkerung in der Regel eine gewisse Skepsis gegenüber apparativer Technik in der Medizin an den Tag legt. Wenn es jedoch um den konkreten Einsatz bei einer medizinischen Fragestellung geht, befürwortet das Gros technische Innovationen. So haben wir bei den klinischen Tests zu einem komplexen Telemedizinsystem, das bei Bluthochdruck, Diabetes und Adipositas eingesetzt wird, herausgefunden, dass dieses nahezu von allen Patienten angenommen wird. Das System besteht aus einem Mobiltelefon und Sensoren, die Blutdruck, Atmung Gewicht oder Blutzucker messen können. Diese Sensoren geben die Daten an das Mobiltelefon weiter, das wiederum mit einer Datenbank verbunden ist. Der Patient kann direkt aus der Datenbank Vorschläge für die Therapie erhalten, es besteht aber auch die Möglichkeit, dass die Daten dort gesammelt werden und der behandelnde Arzt Risikopatienten besser im Blick behalten kann. Ich bin davon überzeugt, dass diese neuen technischen Möglichkeiten das Gesundheitswesen revolutionieren werden.

PROFIL:
Prof. Dr. rer. nat. Bernhard Wolf leitet seit 2000 den Heinz Nixdorf-Lehrstuhl für Medizinische Elektronik. Er promovierte 1977 am Lehrstuhl für Zellbiologie (Prof. Sitte) der Universität Freiburg. Anschließend leitete er mehrere Arbeitsgruppen im Bereich der Elektronenmikroskopie und beschäftigt sich seit 1992 erfolgreich mit der Realisierung mikrosensorgestützter Zellchip-Systeme für die Tumor-Diagnostik und –Therapie. Außerdem forscht er u. a. seit mehreren Jahren erfolgreich auf dem Gebiet der Telemedizin. Ferner ist Prof. Wolf wissenschaftlicher Leiter des Arbeitskreises Medizintechnik des VDE, Leiter des Steinbeis-Transferzentrum Medizinische Elektronik und lab on chip Systeme.

16.11.2015

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