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Forschungscampus STIMULATE Update zum Weltkrebstag
Ein privates-öffentliches Netzwerk erforscht und entwickelt innovative Krebstherapien
In einem wegweisenden privaten-öffentlichen Netzwerk vereinen sich im Forschungscampus STIMULATE Wissenschaft und Wirtschaft, um innovative Krebstherapien zu erforschen und zu entwickeln. Durch die enge Zusammenarbeit zwischen Forschungseinrichtungen und zukunftsorientierten Unternehmen ist eine dynamische Plattform entstanden, die neueste wissenschaftliche Erkenntnisse mit marktfähigen Lösungen verknüpft. Die enge Verzahnung von Akademia und Unternehmen schafft einen fruchtbaren Boden für kreative Ideen, modernste Technologien und innovative Behandlungsansätze. Der effiziente Wissenstransfer im Netzwerk beschleunigt den Forschungs- und Entwicklungsprozess für neue Krebstherapieansätze.
Die Partner im Forschungscampus STIMULATE verfolgen insbesondere bildgestützte minimal-invasive Therapieverfahren, sogenannte Interventionen, bei welchen bildgebende Verfahren wie Magnetresonanztomographie (MRT) und Computertomographie (CT) äußert präzise Eingriffe mit nur kleinen Schnitten oder Einstichen ermöglichen. Beispielsweise lässt sich mit einer Nadel, welche unter Bildführung in den Tumor vorgeschoben wird und diesen erhitzt oder stark abkühlt, das Krebsgewebe gezielt zerstören. Als bildgebendes Verfahren rückt dabei die MRT aufgrund der nicht vorhandenen ionisierenden Strahlung sowie der hervorragenden Sichtbarkeit von Weichgewebe immer mehr in den Fokus.
Um MRT-geführte Interventionen effektiv und zuverlässig zu ermöglichen und in die klinische Routine zu bringen, müssen jedoch zahlreiche technische Herausforderungen gelöst werden. Diese sind Gegenstand der Forschungen und Entwicklungen am Forschungscampus STIMULATE. Im Vordergrund steht dabei einerseits die Modifikation der für die Diagnostik entwickelten MRT zu einem Therapieunterstützungssystem – dabei gilt es, den Patientenzugang in dem kleinen Tunnel des MRT für den Arzt zu ermöglichen, die Spulen, mit denen die MRT-Signale aus dem Körper des Patienten empfangen werden, für Interventionen zu designen sowie eine schnelle Echtzeitbildgebung zu etablieren. Auf der anderen Seite müssen sogenannte MRT-kompatible OP-Instrumente und Therapiegeräte bereitgestellt werden, welche weder von den starken Magnetfeldern des MRT angezogen werden noch Artefakte in den MRT-Bildern erzeugen.
Im Jahr 2017 gelang ein Durchbruch: mit der im Forschungscampus STIMULATE entwickelten Technologie wurde erfolgreich beim Partner Medizinische Hochschule Hannover die weltweit erste Mikrowellenablation im MRT am Patienten durchgeführt. Dazu wurde unter kontinuierlicher MRT-Bildgebung die Ablationsnadel präzise in das kanzerogene Zielgewebe vorgeschoben und über die Ablationsnadel wurden schließlich Mikrowellen ausgesendet, welche zu einer hitzebasierten Gewebszerstörung führten. Die Verwendung von Mikrowellen hat die Vorteile einer großen Ablationszone, einer schnellen Wärmeausbreitung und einer geringen Anfälligkeit gegenüber der Kühlung durch Gefäße, welche der Erhitzung entgegenwirken können.
Das MRT verfügt darüber hinaus über die einzigartige Methode der sog. MR-Thermometrie, welche es erlaubt, die Temperatur an jedem Punkt innerhalb des Patientenkörpers approximativ zu messen. Dieses Verfahren hat das Potential, die Größe der Ablationszone kontinuierlich während der Therapie zu verfolgen und damit den Zeitpunkt der vollständigen Zerstörung des Tumors erkennen zu können, wodurch der Endpunkt der Therapie verlässlich definiert werden kann. Diese Methode wird aktuell am Forschungscampus STIMULATE weiter erforscht und entwickelt. Weitere Forschungsthemen im Bereich der MRT-Interventionen stellen z.B. MRT-Spulen für Interventionen dar. Derartige - wie im Bild dargestellte - Spulen sind notwendig, um im MRT die Signale aus dem Patientenkörper zu messen. Die vorhandenen Spulen sind für die Diagnostik entwickelt worden und für die Intervention weitgehend unbrauchbar: sie sind nicht sterilisierbar und behindern den Arzt beim Einführen der Nadel. STIMULATE entwickelte bereits spezielle Spulen für Interventionen, welche ein Industriepartner auch bereits auf den Markt gebracht hat. In einem weiteren Projekt werden Miniatur-Roboter erforscht, welche in das MRT integriert werden und den Nadelvorschub übernehmen, um auf diese Weise das Problem des eingeschränkten Patientenzugangs im MRT perfekt zu lösen. Kreative Teams innerhalb von STIMULATE nutzen ihre interdisziplinäre Expertise für das Design komplett neuer MRT-Geräte, um sie optimal für Interventionen auszulegen. Die heutigen MRT-Geräte sind nämlich für die Diagnostik entwickelt worden, bei denen z.B. die Fragestellung des Patientenzugangs bzw. der MRT-kompatiblen Werkzeuge keine Rolle gespielt hat. Analysen zur Gebrauchstauglichkeit können die STIMULATE-Partner seit Kurzem im neuen MRT-Usability-Labor durchführen, in dem derzeit ein Modell eines zukünftigen MRT-Geräts untersucht wird.
Durch die gemeinsame Anstrengung von Wissenschaft und Wirtschaft entstehen nicht nur vielversprechende Therapieoptionen, sondern auch Synergien, welche die Entwicklung und Implementierung neuer Krebstherapien beschleunigen. Mit dem Format Forschungscampus trägt das Bundesministerium für Bildung und Forschung somit maßgeblich dazu bei, den Fortschritt in der Krebsforschung voranzutreiben und Patienten weltweit verbesserte Behandlungsmöglichkeiten zu bieten.
Research Campus STIMULATE update on World Cancer Day
A private-public network researches and develops innovative cancer therapies
In a pioneering private-public network, the Research Campus STIMULATE brings together science and industry to research and develop innovative cancer therapies. The close cooperation between research institutions and future-oriented companies has created a dynamic platform that combines the latest scientific findings with marketable solutions. The close interaction between academia and companies creates fertile ground for creative ideas, state-of-the-art technologies and innovative treatment approaches. The efficient transfer of knowledge within the network accelerates the research and development process for new cancer therapy approaches.
In particular, the partners in the Research Campus STIMULATE are pursuing image-based minimally invasive therapy methods, so-called interventions, in which imaging techniques such as magnetic resonance imaging (MRI) and computer tomography (CT) enable extremely precise interventions with only small incisions or punctures. For example, a needle that is inserted into the tumor under image guidance and heats or cools the tumor can be used to destroy the cancerous tissue in a targeted manner. As an imaging procedure, MRI is becoming increasingly popular due to the absence of ionizing radiation and the excellent visibility of soft tissue.
However, numerous technical challenges need to be solved in order to enable effective and reliable MRI-guided interventions and bring them into clinical routine. These are the subject of research and development at the Research Campus STIMULATE. On the one hand, the focus is on modifying the MRI developed for diagnostics into a therapy support system - the aim is to enable patient access in the small tunnel of the MRI for the doctor, to design the coils with which the MRI signals are received from the patient's body for interventions and to establish fast real-time imaging. On the other hand, so-called. MRI-compatible surgical instruments and therapy devices that are neither attracted by the strong magnetic fields of the MRI nor generate artifacts in the MRI images.
A breakthrough was achieved in 2017: the technology developed at the Research Campus STIMULATE was used to successfully perform the world's first microwave ablation in MRI on patients at the partner Hannover Medical School. The ablation needle was advanced precisely into the cancerous target tissue under continuous MRI imaging and microwaves were then emitted via the ablation needle, leading to heat-based tissue destruction. The use of microwaves has the advantages of a large ablation zone, rapid heat propagation and low susceptibility to cooling by vessels, which can counteract heating.
MRI also has the unique method of MR thermometry, which allows the temperature to be measured approximately at any point within the patient's body. This method has the potential to continuously monitor the size of the ablation zone during therapy and thus to identify the time of complete destruction of the tumor, allowing the end point of therapy to be reliably defined. This method is currently being further researched and developed at the Research Campus STIMULATE. Other research topics in the field of MRI interventions include MRI coils for interventions. Such coils, as shown in the picture, are necessary to measure the signals from the patient's body in the MRI. The existing coils were developed for diagnostics and are largely unusable for interventions: they cannot be sterilized and hinder the doctor when inserting the needle. STIMULATE has already developed special coils for interventions, which have already been launched on the market by an industrial partner. In a further project, miniature robots are being researched which are integrated into the MRI scanner and take over the needle feed in order to solve the problem of the limited space available. Creative teams within STIMULATE network their interdisciplinary expertise to design completely new MRI devices in order to optimize them for interventions. Today's MRI devices have been developed for diagnostics in which, for example, the issue of patient access or MRI-compatible tools did not play a role. The STIMULATE partners have recently been able to carry out usability analyses in the new MRI usability laboratory, in which currently a model of a future MRI device is being examined.
The joint efforts of science and industry not only create promising therapy options, but also synergies that accelerate the development and implementation of new cancer therapies. With the Research Campus format, the Federal Ministry of Education and Research is thus making a significant contribution to advancing progress in cancer research and offering patients worldwide improved treatment options.