Aktuelle Projekte

Therapie-Erfolg gegen Mikroben – Untersuchung durch Photonik

Motivation

Die infektiöse Endokarditis ist eine lebensbedrohliche Biofilminfektion der Herzinnenhäute einschließlich der Herzklappen. Eine zeitnahe und präzise Erregerdiagnostik ist oft lebensrettend. Die Antibiotikatherapie wird allerdings bislang lediglich hinsichtlich der Erregerspezies und Resistenz angepasst. Damit wird sie insbesondere Biofilm-assoziierten Infektionen nicht gerecht, da Antibiotika hier oft versagen. Das führt zu einer Therapie „auf Verdacht“, deren Erfolg häufig beschränkt ist. Im Projekt TEAM sollen mit der photonischen Methode der „Fluoreszenz in situ Hybridisierung“ (FISH) die Grundlagen für eine angepasste Therapie geschaffen werden. Mit Hilfe der FISH kann man Bakterien im Gewebsschnitt sichtbar machen, identifizieren, ihre Anzahl und Aktivität bestimmen sowie feststellen, ob sie einen Biofilm bilden.

TEAM Forschungsprojekt
FISH der Herzklappe eines Endokarditis Patienten zeigt ausgeprägte, aktive Staphylococcus Biofilme (Quelle: MoKi Analytics GmbH, Berlin)

Ziele und Vorgehen

Ziel des Verbundprojekts TEAM ist es, die Infektion nicht nur schnell und sicher zu erkennen, sondern durch die FISH den Schweregrad der Infektion und den Therapieerfolg messbar zu machen. Hierfür soll ein „Biofilm- Classifier“ entwickelt werden mit:

  • innovativer PNA-FISH für höhere Empfindlichkeitund verbesserte Aktivitätsmessungen,
  • automatisierter Bildaufnahme und Bildanalyse,
  • intelligentem Bilddaten-Archiv und
  • objektivem Biofilm-Staging mit Hilfe von künstlicherIntelligenz.

In einer begleitenden klinischen Studie werden die Ergebnisse der Bildanalyse mit den klinischen Daten und der Antibiotikatherapie korreliert. 

Innovation und Perspektiven

Ziel von TEAM ist es, auf Grundlage des „Biofilm-Classifiers“ eine Risikostratifizierung der Patienten vorzunehmen und neue therapeutische Algorithmen zu ermöglich. So soll in Zukunft mit Hilfe der FISH die Dosis, Dauer und Auswahl der Antibiotika-Therapie gezielt und somit personalisiert gesteuert werden.

Projektpartner

Schnelle und spezifische Identifikation von Mikroorganismen durch die photonische FISH unter Feldbedingungen

Motivation

In Ausbruchssituationen schnelle und sensitive Diagnostik vor Ort: Schnelle, sensitive und spezifische Diagnostik von mikrobiologischen Erregern ist für den Schutz der Bevölkerung essentiell. Für eine Diagnostik von Infektionserregern unter limitierten Bedingungen ‚im Feld‘, also nicht unter Laborbedingungen, bietet sich die photonische Fluoreszenz in situ Hybridisierung (FISH) an. Die FISH macht Mikroorganismen mikroskopisch sichtbar, ist schnell und spezifisch und benötigt keine empfindlichen Enzyme oder räumlichen Voraussetzungen.

FIELD FISH im Feld
Mikroskopie der Fluoreszenz in situ Hybridisierung, Bild: Moki Analytics GmbH

Ziele und Vorgehen

Ziel von FIELD ist die schnelle und spezifische Identifikation von Mikroorganismen durch die photonische FISH unter Feldbedingungen: Das innovative Ziel dieses Projektes ist es, die FISH-Methodik Feld-fähig zu machen. Dafür müssen geeignete lagerungs- und transportstabile FISH-Sonden, ein Labor-Guidancesystem und ein digitales Bilddokumentationssystem erforscht werden. Für die Auswertung der FISH fehlt bisher ein robustes Mikroskop, das auch im Feld zuverlässig und hochauflösend FISH-Bilder erstellen, dokumentieren und auswerten kann.

Projektpartner

Innovation und Perspektiven

Tuberkulose – eine weltweit präsente Infektionskrankheit: Der in diesem Vorhaben geplante Feld-FISH-Demonstrator soll erstmals am Beispiel der Tuberkulose Diagnostik im Feld ermöglichen. Im Rahmen einer klinischen Studie und von Praxistests unter Feldbedingungen werden klinische Proben von Patienten mit Verdacht auf Tuberkulose untersucht. Diese innovative Feld-FISH kann nicht nur im Krisenfall in Deutschland schnell und zuverlässig Infektionsdiagnostik zum Schutz der Bevölkerung durchführen, sondern auch durch ihre Mobilität und den Telemedizin-Ansatz weltweit in Ländern ohne große Laborkapazitäten eingesetzt werden.

Erfolgreich abgeschlossene Projekte

Patientenmoderierte Kommunikation zwischen medizinischen Leistungserbringern

Projektbeschreibung

Ziel des Projekts war es, eine einrichtungsübergreifende Bereitstellung von Behandlungsdaten durch den Patienten an Nachbehandler zu entwickeln. Die Innovation besteht in der aktiven Beteiligung des Patienten („patient empowerment“) und in der Weitergabe ausgewählter Inhalte einer ärztlich geführten Akte an Nachbehandler. Der Nutzen wird am Beispiel der Rehabilitationsnachsorge bzw. Anschlussheilbehandlung mit ausgewählten, repräsentativen Reha-Kliniken des Niederbayerischen Bäderdreiecks (Bad Füssing, Bad Griesbach, Bad Birnbach) in Bezug auf Handhabbarkeit sowie Prozess-und Qualitätsverbesserung in der Versorgung durch die Hochschule Deggendorf evaluiert. Explorativ realisiert das Projekt als weitere Innovation die Übertragung in eine Gesundheitsakte des Patienten gemäß dem Artikel 20 der ab Mitte 2018 europaweit gültigen Datenschutzgrundverordnung [DS-GVO, 2016].

Die Verwertung ist durch den Antragsteller AUC als Entwickler und Umsetzer von Lösungen im Gesundheitswesen und durch Aufsetzen auf eine in Bayern und bundesweit etablierte Kooperationsplattform (TKmed® mit mehr als 200 Kliniken) und das Unternehmen E&L gewährleistet.

Bayern Innovativ
PatKom Lösungsansätze
PatKom-Lösungsansatz (Grafik: M. Staemmler)

Projektpartner

Kooperierende Partner sind:

  • Alle 27 Kliniken des TraumaNetzwerks Ostbayern (TNO)
  • 5 Rehakliniken aus dem Bäderdreieck Rottal-Inn, die aktiv in die Pilotstudie zur Evaluierung eingebunden sind.

Panorama-Kartografie von Magen und Darm in der Endoskopie

Projektbeschreibung

Untersuchungen von Magen und Darm mit einem Endoskop dienen der frühzeitigen Erkennung und Behandlung von Veränderungen des Gewebes. Aufgrund der eingeschränkten Schlüssellochperspektive ist immer nur ein Ausschnitt der Wandungen sichtbar. Der Arzt muss das Gesehene gedanklich zu einem Gesamtbild zusammensetzen. Im Rahmen des Projekts werden Komponenten für eine Kartographie und Dokumentation von Magen & Darmwandungen entwickelt, untersucht und evaluiert, mit denen der Arzt während der Untersuchung ein Panoramabild der Hohlräume erhält.

Bayrische Forschungsstiftung
Endoskopisches Panorama des Blasenbodens [Fraunhofer IIS]

Projektpartner

Erarbeitung einer Hochdurchsatz-Auswertung von mikrobiologischen FISH-Präparaten

Teilvorhaben

Innovative PACS Lösung zur Speicherung und Bearbeitung fluoreszenzmikroskopischer hochvolumiger, komplexer Datensätze

Projektbeschreibung

Schwere Infektionskrankheiten zählen zu den zehn häufigsten Todesursachen in Europa und sind eine der größten Herausforderungen für die Gesundheitssysteme. Ein großer Teil dieser Infektionen wird durch sogenannte Biofilm-Infektionen verursacht, zu deren Nachweis und gezielter Therapie bislang diagnostische Methoden fehlen. Ein schneller und spezifischer Nachweis von Erregern ist jedoch essentiell für die korrekte Wahl der Antibiotika-Therapie. FISH (Fluoreszenz in situ Hybridisierung) ist eine anerkannte diagnostische Methode, die Vorteile von Molekularbiologie, Fluoreszenzmikroskopie, und Histologie miteinander vereint und auf fluoreszenzmarkierten DNA-Sonden beruht. Durch FISH lassen sich Mikroorganismen mikroskopisch im Gewebszusammenhang darstellen und identifizieren, sowie nach Anzahl, Lokalisation und Aktivität quantifizieren. Das Biofilmzentrum des Deutschen Herz-zentrums Berlin (DHZB) verfügt über eine weltweit einzigartige Kompetenz in der FISH-Diagnostik von Biofilm-assoziierten Infektionen. Entsprechende FISH-Kits und -Automaten befinden sich bereits in Entwicklung und sollen in den nächsten Jahren auf den Markt kommen. Die Entwicklung des letzten Bausteins, um FISH in großem Maßstab einfach, sicher und schnell einsetzen zu können, ist das Ziel dieses Projektes.

Streptokokken Biofilm auf einer menschlichen Herzklappe. Links Übersichtaufnahme: Die bakteriellen Bio-filme sind klar erkennbar in blau und orange. Rechts hohe Auflösung: In blau sind alle Kokken durch den Nuklein-säurefarbstoff DAPI dargestellt, während die aktiven Streptokokken in der Außenschicht des Biofilms durch die Streptococcus-spezifische FISH-Sonde orange angefärbt sind. (Quelle: Moter et al., Deutsches Herzzentrum Berlin)

Photonik, digitale Bildanalyse und intelligentes Management von Big Data für eine verbesserte Infektionsdiagnostik

FISH produziert sehr große Bilddatenmengen, die extrem aufwändig und komplex zu interpretieren sind. Um dieses Problem zu lösen werden im Rahmen dieses Projekts drei Komponenten entwickelt:

  • eine digitale Bildanalyse zur automatischen Detektion und Quantifizierung von Mikroorganismen,
  • eine Workflow-Integration und Probenhandling-Lösung zur quantitativen Analyse von Biofilmen zur Entwicklung neuer Präventions- (z.B. Oberflächen) und Behandlungsmethoden (z.B. Antibiotika)
  • ein intuitives Archivierungs- und Workflowsystem zum schnellen und sicheren Speichern, Organisieren undBearbeiten aller relevanten (Bild-)Daten.

In einer diagnostischen Studie wird iSOLID direkt an klinischem Material evaluiert. In Kombination mit diesen Komponenten werden die strukturellen Möglichkeiten geschaffen diese High-Throughput-FISH Technologie routinemäßig überregional und international einzusetzen und damit die existierende Lücke in der Diagnostik von Infektionskrankheiten zu schließen. Die gemeinsame Vision aller Projektpartner besteht darin, mittelfristig auch andere Labore in dieser Kooperation mit lizenziertem Know-How und Gerätetechnik für die FISH-Diagnostik auszurüsten und die Auswertung über Tele-FISH am Biofilmzentrum zu realisieren.

Projektpartner

Metropolregion - Rhein - Neckar - Raum für Gesundheit

Projektbeschreibung INFOPAT

Der Raum für Gesundheit in der Metroploregion Rhein-Neckar (MRN) ist eine von fünf BMBF- geförderten Gesundheitsregionen der Zukunft in Deutschland. Ziel ist es, alle an der Gesundheitswirtschaft beteiligten Akteure zu verzahnen und so Strukturen und Prozesse zu etablieren, welche eine sektorübergreifende Versorgung chronisch kranker Menschen ermöglichen. Ausgehend von der Prämisse „der Bürger und Patient im Mittelpunkt“ sollen Technologien entwickelt werden, die komplexe Behandlungsprozesse, den Versorgungsbedarf und die Anforderungen an Effizienz und Qualität berücksichtigen. Dazu werden zunächst für die Anwendungsfälle Diabetes und Kolorektales Karzinom, rund um eine vom Patienten gesteuerte Persönliche elektronische Patientenakte, mehrere Anwendungs- und Entwicklungsprojekte mit verschiedensten Forschungsvorhaben von 26 Partnern aus Wissenschaft, Forschung, Industrie, Sozialwesen und dem öffentlichen Sektor durchgeführt.

Teilprojekt

P2: PEPA

Teilprojektbeschreibung PEPA

Im Fokus dieses Projektes steht die Entwicklung einer persönlichen einrichtungsübergreifenden elektronischen Patientenakte (PEPA). Sie dient der regionalen Kommunikation zwischen allen an der Behandlung beteiligten Gesundheitsdienstleistern. Sie vereint die Vorteile reiner arztgeführter einrichtungsübergreifender elektronischer Patientenakten mit denen von elektronischen Gesundheitsakten, bei denen neben der Rechteverwaltung auch die Verantwortung der Inhalte beim Patienten liegt. Der PEPA-Ansatz stärkt sowohl die Rechte der Patienten indem diese selbst Daten liefern und über Zugriffsberechtigungen entscheiden, sorgt jedoch gleichzeitig für eine hohe Qualität und Vollständigkeit der enthaltenen Daten, da diese zusätzlich direkt aus den an die Akte angeschlossenen Primärsystemen der Dienstleister stammen. Die Integration der Primärsysteme erfolgt mittels internationaler Standards wie HL7 und DICOM. Darüber hinaus kommen IHE-Profile zum Einsatz. Dadurch bleibt die Kompatibilität zur Telematikinfrastruktur gewährleistet.
Neue Dateninseln werden vermieden. Zusätzliche Gesundheitsdienstleister sind schnell über entsprechende Adapter an die PEPA angeschlossen. So können Medienbrüche bei der intersektoralen Kommunikation vermieden werden, Kosten durch Reduzierung von Mehrfachuntersuchungen gesenkt werden und Zeit zugunsten der Patienten auf der Seite der Dienstleister durch die entfallende Aktenrecherche gespart werden.

Um dies zu erreichen sollten die gesamten Dienste, insb. das Dokumenten- und Bildmanagement unter Verwendung von IHE-Profilen abgebildet werden.

Die Aufgaben von CHILI waren folgenden:

  • Bereitstellung von PACS-Komponenten für den PEPA-Kern (Bild-Cache)
  • Konzeption von Schnittstellen zu Kommunikation mit den Primärsystemen (IHE Adapter)
  • Funktionalität zum Austausch von medizinischen Bilddaten basierend auf IHE XDS-I.b
  • Implementierung von Bildbetrachtungssoftware zur Einbettung in das Professional- sowie das Patienten-Portal (Akteninfrastruktur)
  • Implementierung eines Single-Sign-On für alle Komponenten auf Basis von IHE XUA / SAML
  • Implementierung einer Audit-Schnittstelle gemäß IHE ATAN
  • Konfiguration und Testen alle Schnittstellen im Test- und Produktivsystem, sowie projektbegleitender Support und Weiterentwicklungen bzw. Anpassungen

Projektpartner

Das Teilprojekt P2 ist in Zusammenarbeit mit anderen Partnern des Verbundprojekts durchgeführt worden:

D-GRID_MedlnfoGRlD: Provider für Integrierte Medizinische Information-Bilddaten, Therapieoptionen, Dokumentation, Forschung

Projektbeschreibung 

Gesamtziel des Verbundprojektes ist die Schaffung eines Nutzer-transparenten virtuellen Dokumentations- und Informationsservers, bei dem ausgehend von einer integrierten Datenstruktur die krankheitsrelevanten Bild- und Befund-, sowie Forschungs- und Therapieinformationen zur Verfügung stehen. Für die speziellen medizinischen Anforderungen sind vor allem Datenschutzfunktionalitäten und die Infrastruktur für die Verwaltung sehr großer und komplex aufgebauter verteilt vorliegenden Datenmengen zu entwickeln. Der medizinische Schwerpunkt liegt bei Tumorerkrankungen. Gemäß der Philosophie des Internets soll eine selbst wachsende Struktur auf OpenSource-Grundlage entwickelt werden, d.h., das Projekt ist offen für alle interessierten Teilnehmer. Die Lösung ermöglicht es, dass Ärzte und Forscher z.B. für seltene Erkrankungen oder Expertenkonsile integrierte Bild-Befund-Daten unter Beachtung des Datenschutzes austauschen können. Die Standards für die Lösungen wurden so gewählt, dass sie an große nationale und internationale Projekte angebunden werden können und mit den medizinischen Standards DICOM und IHE kompatibel sind.

Die Aufgaben von CHILI im Rahmen Teilvorhabens waren folgende:

  • Anbindung der Speicher und Datenbanken
  • Bereitstellung von Funktionalität zum Austausch medizinischer Fachinformation und medizinischer Daten (einschließlich Bilddaten) sowie Telemedizinfunktionalitäten
  • Konzeption von Schnittstellen und Datenbankstrukturen
  • Erstellen, Konfigurieren und Testen der Schnittstellen zu den lokalen Systemen in Magdeburg und Mainz
  • Erstellen der Schnittstellen zum Pathologie-System
  • Anpassung der Erfassung und Auswertemasken in der Weboberfläche
  • Implementierung einer Telemedizinlösung in die GRID-Umgebung

Das Ergebnis dieses Projektes sind Software-Implementationen, die auf dem MedInfoGrid-Cluster zur Verfügung stehen. Insbesondere sind dies die Dienste:

  • Lehrbildsammlung
  • Pathologie-Viewer
  • Telemedizinakte

Diese gliedern sich in die anderen Dienste des Clusters ein.

Projektpartner

  • Universität Magdeburg (Koordinator), Magdeburg
  • NEXUS / CHILI GmbH, Dossenheim
  • Universitätsklinikum Mainz, Mainz
  • OFFIS e.V., Oldenburg
  • Med&Art GbR, Berlin