OPTOPROBE - Neue optische Sonden für die Tumordiagnostik und -behandlung

FHDW-Expertise für ehrgeiziges medizinisches Forschungsprojekt

Tumore erkennen und mit den eingesetzten Diagnoseinstrumenten zugleich beseitigen zu können, ist derzeit noch ein Wunschtraum. Dies soll sich jedoch bald ändern, denn das neu gebildete Konsortium OPTOPROBE kombiniert umfassendes Know-how von Unternehmen und wissenschaftlichen Instituten zu einem ehrgeizigen Projekt: Die Entwicklung „intelligenter Sonden“, die Tumore nicht nur erkennen, sondern sie mit modernster Lasertechnik auch zerstören können.

Die FHDW beteiligt sich mit der Arbeitsgruppe "Optimierte Systeme" unter der Leitung von Dr. Markus Borschbach und Dipl.-Inf. Sascha Hauke. Benötigt wird vor allem die IT-Expertise in den Bereichen evolutionäre Algorithmen und selbstlernende Verfahren. Das Projektvolumen beträgt 4,35 Mio. Euro, wobei verschiedene Unternehmen beteiligt sind. Der Hauptanteil liegt beim Bundesministerium für Bildung und Forschung.

Diagnose und Beseitigung von Tumoren in einem Schritt

Das gesetzte Ziel ist realisierbar, setzt allerdings komplexe Vorarbeiten voraus. Neben der technischen Entwicklung der Sonden geht es um die Programmierung eines diagnostischen Systems, das die zeitgleiche Diagnose und Beseitigung von Krebsgeschwüren meistern kann. Hinzu kommt die Bereitstellung von geeigneten Reagenzien und Diagnostika, schließlich die Erprobung, Anwendung und Markteinführung. Das Projektmanagement liegt beim Forschungszentrum Borstel, das nun die einzelnen Expertisen der Partner wie ein Puzzle zusammensetzen wird.

FHDW entwickelt Evolutionäres Verfahren

Die FHDW hat in diesem Projekt die Aufgabe der Entwicklung eines Interaktiven Verfahrens übernommen. Wie FHDW-Dozent Dr. Markus Borschbach erläutert: "Das Evolutionäre Verfahren bildet auf Grundlage der Messwerte einzelner qualitativer Eigenschaften der gewünschten Zielstruktur die Möglichkeit, bisher unbekannte Kombinationen von Aminosäuren zu erzeugen, die eine bisher nicht existente Kombination von Eigenschaften darstellt. Die weitgehende Automatisierung dieses Prozesses, die Möglichkeit der Analyse des Entwicklungsstandes im Labor bilden Kernpunkte des Entwicklungsauftrages für meine Arbeitsgruppe, wobei dieser Teil der Entwicklung von meinem Mitarbeiter, Dipl.-Inf. Sascha Hauke geleitet wird."

Detailinformationen: Was mit Optoprobe erreicht werden soll

Kernstück des Projekts ist die Entwicklung "intelligenter" Sonden mittels eines molekularen Evolutionsverfahrens. Abhängig von der Zielstruktur werden spezifische Peptide (Aminosäureketten) synthetisiert und auf definierte Eigenschaften analysiert. Die Testergebnisse werden in ein lernendes Computerprogamm eingespeist, das neue Peptidmoleküle für die Untersuchung vorschlägt. Dazu werden die Ursprungspeptide in Abhängigkeit von ihrer Qualität untereinander gekreuzt, um so Eigenschaften wie Bindung an die Zielstruktur, Stabilität des Moleküls oder Zelldurchlässigkeit zu optimieren und an Nachfolgegenerationen weiterzugeben.

Das Verfahren entspricht damit dem Evolutionsprinzip und erlaubt neben der gezielten Kreuzung auch Evolutionssprünge wie Punktmutationen durch zufällig gesteuerten Aminosäureaustausch. Die derart optimierten Peptide werden anschließend mit Funktionen versehen, die z. B. das An- und Abschalten dieser Sonden erst nach Bindung an die Zielstruktur ermöglichen. Durch die Kopplung an Fluoreszenzfarbstoffe wird die Detektion der Sonden durch ein angepasstes Mehrkanalfluoreszenzendoskop ermöglicht.

Das langfristige Ziel von OPTOPROBE ist die Verfügbarkeit von peptidbasierten Sonden mit einem darauf abgestimmten Endoskop für die Detektion von kleinsten (< 1mm Durchmesser) Darmtumoren, Kehlkopf- und Lungentumoren sowie OP-begleitende Schnelldiagnostik. Die weiteren Planungen sehen die Kombination des Systems mit einer thermischen Therapie (laserinduzierte Zerstörung des Tumors) vor, die dem Patienten dadurch eine Operation mit größerem Risiko ersparen wird.