Designkonzept des ELSAH-Patches. Das Pflaster besteht aus einem...
Designkonzept des ELSAH-Patches. Das Pflaster besteht aus einem Mikronadel-Biosensor, einem Mikrochip, gedruckten Antennen und einer gedruckten Batterie.

Quelle: Leitat / Barrientos Palma

Wearable

ELSAH - Ein ‚Smart Patch‘ zur Bestimmung von Biomarkern

Anfang 2019 startete das EU-Projekt ELSAH mit dem Ziel, innerhalb von vier Jahren ein Wearable zu gestalten, das eine kontinuierliche Bestimmung der Konzentration von Biomarkern ermöglicht. Im Interview erklärt Projektkoordinator Dr. Joerg Schotter, Molecular Diagnostics, Center for Health & Bioresources, AIT Austrian Institute of Technology GmbH, die Ziele des Projekts und die potenziellen Anwendungsbereiche für das geplante Wearable.

Interview: Sascha Keutel

Was ist das Projekt ELSAH und welche Ziele verfolgen Sie?

Der Markt an Wearables, die den Fitnesszustand der User in Echtzeit überwachen, wächst rasant. Dabei handelt es sich allerdings hauptsächlich um Geräte, die physiologische Parameter wie Herzfrequenz oder die Anreicherung von Sauerstoff im Blut messen. Diese Wearables können keine molekulare Biomarker in Bioflüssigkeiten bestimmen, die wichtig sind, um einen besseren Einblick in bestimmte Krankheiten oder Gesundheitszustände zu erhalten. Ein Problem dabei ist, dass eine solche Analyse den direkten Kontakt mit den Biofluiden des Benutzers, im Normalfall Blut, erfordert. Die Blutentnahme ist jedoch eine invasive Technik, die nicht mit den Bedürfnissen von Wearables-Anwendern vereinbar ist.

Um diese Hürde zu überwinden, wollen wir ein integriertes, am Körper tragbares Sensor-System entwickeln, das ‚ELSAH-Patch‘. ELSAH steht für “Electronic smart patch system for wireless monitoring of molecular biomarkers for healthcare and well-being”. Unser Smart-Patch soll minimal-invasiv die Konzentrationen von molekularen Biomarkern in der Haut, genauer der dermalen interstitiellen Flüssigkeit, bestimmen.

Für welche Bereiche ist das Patch gedacht?

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Dr. Joerg Schotter, Center for Health & Bioresources der AIT Austrian Institute of Technology GmbH.

Für die ersten Demonstrationen unseres Patches haben wir Glukose und Laktat ausgewählt, die zu den etabliertesten Biomarkern gehören, um eine gesunde Lebensweise zu messen. Laktat hat eine ähnliche Zielsetzung wie die Sportuhren, die bereits auf dem Markt sind, also den Trainingszustand des Users zu bestimmen. Mittels dem Parameter Laktat lässt sich die Übersäuerung des Bluts kontrollieren und damit der optimale Trainingsbereich bestimmen. Mit der Messung von Glukose andererseits wollen wir den Ernährungszustand der Nutzer überwachen. Dieses Wearable soll den Nutzer bei alltäglichen Entscheidungen für eine gesunde Lebensweise unterstützen, beispielsweise wenn dieser eine bestimmte Diät und damit verbundene Workout-Programme einhalten möchte.

Das Smart-Patch eröffnet völlig neue Einsatzmöglichkeiten von Wearables für evidenzbasierte Anwendungen im Gesundheits- und Lifestyle-Bereich. Ihr Einsatz kann zu gesundheitlichen Verbesserungen und einem gesteigerten Wohlbefinden führen. Langfristig erwarten wir, dass sie indirekt auch zu einer Reduktion der großen Volkskrankheiten führen, wie etwa Übergewicht, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, hoher Blutdruck oder Typ 2 Diabetes.

Am Ende der Projektlaufzeit wollen wir einen Demonstrator präsentieren, welcher in einem begrenzten Nutzerkreis durch die Deutsche Sporthochschule Köln sowohl im Labor als auch im Homemonitoring evaluiert werden soll.

Wie funktioniert die Technologie?

Derzeit werden eine Reihe von Wearables entwickelt, die nicht-invasive Biofluide wie Schweiß, Speichel oder Augenflüssigkeit verwenden. Diese Systeme haben oft mit spezifischen Herausforderungen zu kämpfen, wie beispielsweise schlecht definierten Korrelationen von Biomarker-Konzentrationen.

Unser tragbares Sensorsystem soll dieses Problem überwinden. Das Patch besteht aus Mikronadel-Biosensoren, einem Mikrochip, gedruckten Antennen und einer gedruckten Batterie. Die Mikronadeln können schmerzfrei angebracht und getragen werden. Ein ‚Patch-Applikator‘, eine Art Feder, sorgt dafür, dass das Patch gut auf der Haut aufliegt und stellt sicher, dass die Mikronadeln richtig sitzen. Die Elektronik im Patch funktioniert autark und misst unabhängig, die Daten werden kabellos auf die entsprechende App des Nutzers übertragen.

Das Patch ermöglicht die kabellose Übertragung der gesammelten Daten auf die App des Nutzers und sorgt so für die Echtzeitmessung der beiden Biomarker. Im Augenblick planen wir die Messung per Patch für 24 Stunden.

Wer ist an dem Projekt beteiligt?

Das Projekt-Konsortium umfasst zehn Partner aus fünf europäischen Ländern. Vorarbeiten zur Messung von Biomarkern in der Haut mittels Mikronadel-Biosensoren stammen von Tony Cass, Professor of Chemical Biology in the Department of Chemistry and Institute of Biomedical Engineering at Imperial College London. Cass hatte bereits gezeigt, dass Glukose in der interstitiellen Flüssigkeit in der Haut mit Mikronadeln messbar ist und in Korrelation zu den im Blut gemessenen Werten steht. Neben dem Imperial College London, der Sporthochschule Köln und dem AIT sind auch die Forschungsinstitute Centro Technológico LEITAT (Druck der Antennen) und Tyndall National Institute (Herstellung der Mikronadeln) beteiligt.

Unsere Partner aus der Industrie sind die DirectSens GmbH (Entwicklung von Enzymen für den Biosensor), die LykonDX GmbH (App-Entwicklung und Verwertung), die Saralon GmbH (Druck der Batterien) sowie die Infineon Technologies Austria AG (Herstellung des Mikrochips). Die Sanmina Ireland Unlimited Company ist der Partner, der sich um die Gesamtintegration das Patches kümmert. Sanmina wird auch den Applikator erstellen, um das Patch kontrolliert auf die Haut aufzubringen.

Weitere Informationen erhalten Sie auf der Projekt-Webseite: http://www.elsah.researchproject.at/

Profil:
Dr. Joerg Schotter, arbeitet seit 2005 am Center for Health & Bioresources der AIT Austrian Institute of Technology GmbH. Dort erforscht er neue Wege und Prinzipien für den Nachweis und die Analyse von Biomolekülen. Im Rahmen dieser Forschungen koordiniert er das ELSAH-Projekt.

18.11.2019

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