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DELTEC: Forschungsprojekt HERMES entwickelt Medizinelektronik

  • DELTEC: Forschungsprojekt HERMES entwickelt Medizinelektronik
    Weitere Anwendungsfelder der HERMES Technologie.

Zwei sächsische Forschungseinrichtungen und zwei sächsische KMUs stehen hinter dem neuen Projekt HERMES. Das Akronym steht für "Highspeed Erfassung und Regelung Mikrophysiologischer Eigenschaften mit einer intelligenten Steuerung". Diesem Vorhaben wird der Forschungsverbund aus der QuoData GmbH, dem Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS, der Medizinischen Fakultät der TU Dresden (Institut für Pharmakologie und Toxikologie) und der DELTEC electronic GmbH in den nächsten zweieinhalb Jahren gemeinsam nachgehen.

HERMES ist als Organ-on-Chip-System zur Bestimmung der Vitalität von Herzmuskelzellen konzipiert. Der Markt für solche Dienstleistungen ist groß – vor allem in Nordamerika und im asiatisch-pazifischen Raum. Auch in Europa gibt es Bedarf, wenn man bedenkt, dass dort laut WHO Herz-Kreislauf-Erkrankungen für ca. 50% der frühzeitigen Todesfälle verantwortlich sind. Damit sind Diagnose und Therapie kardiovaskulärer Krankheiten eine wichtige Aufgabe im Gesundheitsbereich. Die Auswahl an Medikamenten ist groß – und eine schwierige Angelegenheit.

Eine Lösung bietet die individualisierte Medizin, bei der die Wirkstofftestung an patientenspezifischen Zellen oder Geweben erfolgt. Herzmuskelzellen sind hierbei besonders interessant, da diese auch in-vitro typische Kontraktions- und Relaxationsbewegungen ausführen. Durch diese Bewegungsmuster kann die Wirksamkeit der getesteten Substanzen aufbereitet werden.

Um die Bewegungsmuster zu erfassen und auszuwerten, wird ein automatisiertes Messsystems zur Bestimmung der Vitalität von Herzmuskelzellen benötigt. Solch ein cyber-physisches System wird im HERMES-Projekt entwickelt werden. Mit dessen Daten, zusätzlichen Markern und Expertenwissen können Algorithmen (beziehungsweise neuronale Netze) zur automatisierten Bewertung eingesetzt werden.

Das cyber-physische System besteht aus verschiedenen Modulen:

  • Mikrophysiologische Systeme und Protokolle für das Kultivieren von Herzmuskelzellen unter definierten Bedingungen
  • Herzmuskelzell-Aktivitätsmesssystem mit integrierten Modulen zum Steuern und Regeln von mikrophysiologischen Systemen
  • Datenanalyse-Cloud

DELTEC wird neben der gemeinschaftlichen Systemspezifikation, maßgeblich die Entwicklung der Bildverarbeitungshardware vorantreiben. Hierbei wird ein leistungsfähiges SoM (System on Module) mit FPGA, ARM Cortex CPU, sowie Peripherie und RAM zum Einsatz kommen. Die Herausforderung liegt hierbei in der Echtzeitbildverarbeitung von sehr großen Datenmengen. Hierzu wird ein Team von Ingenieuren seine Expertise in den Bereichen HW-Architektur, Schaltplandesign und Leiterplattenlayout (High Speed) in das Projekt einbringen. Als Ergebnis soll eine hochintegrierte Bildverarbeitungselektronik (PCB), die bei DELTEC in-house gefertigt wird, entstehen.

Eine Herausforderung bei der Durchführung des Projektes besteht nicht nur in den großen zu verarbeitenden Datenmengen, sondern auch in der Problematik, statistisch signifikante Erkenntnisse aus den gewonnenen Daten abzuleiten, beispielsweise in Bezug auf die Wirksamkeit verabreichter Medikamente. Die mit HERMES verbundenen Innovationen können langfristig gesehen auch Tierversuche ersetzen und somit den Ressourcenaufwand durch die Versuchstierhaltung senken.

Weiterführende Links

www.tu-dresden.de 
www.siemens.de 
www.hzdr.de

Grafik: DELTEC