Gastrointestinale Diagnostik: Die Projekte Sonopill und AutoCapsule

Die Kapselendoskopie hat die Diagnose des Magen-Darm-Trakts in den letzten zehn Jahren revolutioniert. Das Sonopill-Programm, das von den Professoren Marc Desmulliez und Sandy Cochran geleitet wird, ist führend bei der Integration von Ultraschallbildgebung und -therapie in die Kapseltechnologie.

Dieser innovative Ansatz zielt darauf ab, die Diagnosemöglichkeiten und die Erfahrung der Betroffenen zu verbessern und die Gesundheitskosten durch fortschrittliche Technik und multimodale Technologien zu senken. In einem Interview mit MEDICA.de stellen Prof. Desmulliez und Prof. Cochran den aktuellen Stand der Forschung vor. 

Was hat Sie zur Sonopill inspiriert und welche Herausforderungen gab es bei der Entwicklung?

Prof. Marc Desmulliez: Die Reise begann mit einem kritischen Blick auf die konventionelle Endoskopie. Prof. Cochran und ich sahen die dringende Notwendigkeit, von invasiven, kabelgebundenen Systemen wegzukommen und etwas patientenfreundlicheres zu entwickeln. Die Idee für Sonopill entstand vor mehr als zehn Jahren, aber anfangs stellte die Finanzierung ein großes Hindernis dar.

Nach jahrelangen Bemühungen konnten wir dank eines beträchtlichen Zuschusses unserer nationalen Förderorganisation, des Engineering & Physical Sciences Research Council (EPSRC), ein multidisziplinäres Team bilden. Dieses Team, das sich aus klinischen Fachleuten und Ingenieurinnen und Ingenieuren zusammensetzte, ermöglichte es uns, einen Prototyp zu entwickeln, der die Grenzen des damals technisch Machbaren sprengte.

Wie funktioniert die Sonopill und was macht sie im Vergleich zu herkömmlichen Methoden innovativ?

Desmulliez: Die Sonopill ist eine Kapsel, die der Patient schluckt und die durch den Magen-Darm-Trakt wandert, wobei sie Bilder oder Videos nicht mit einer klassischen Kamera, sondern mit einer Reihe von Ultraschalltransducern aufnimmt. Ursprünglich war die Funktion der Kapsel eingeschränkt durch die Batterielebensdauer und die Bildrate der Kamera, die die Menge der Daten, die wir sammeln konnten, begrenzte. Die größte Innovation besteht jedoch darin, dass das Array so klein ist, dass es mit einem Durchmesser von höchstens 1 cm und einer Länge von 3 cm in die Kapsel eingeführt werden kann.

Wie sehr haben sich mit den Fortschritten der KI die Lokalisierung und die diagnostische Präzision der Kapsel verbessert?

Desmulliez: Ein weiterer Aspekt der Arbeit, mit dem sich die Forschenden bei den klassischen endoskopischen Kapseln befassen, ist der Einsatz von KI, um die Interpretation der optischen Bilder des Darms zu erleichtern. Die KI hat die Art und Weise verändert, wie die gesammelten Daten nach dem Durchgang durch die Kapsel analysiert werden. Früher mussten Chirurginnen und Chirurgen stundenlanges Videomaterial manuell auswerten, um interessante Bereiche zu identifizieren. Jetzt können KI-Algorithmen signifikante Befunde vorhersagen und lokalisieren, was den Arbeitsaufwand reduziert und die Konzentration auf kritische Diagnosen ermöglicht, wodurch der gesamte Prozess optimiert wird.

Können Sie im Zusammenhang mit AutoCapsule beschreiben, wie dieses Projekt die von Sonopill gelegten Grundlagen erweitert?

Prof. Sandy Cochran: AutoCapsule ist eine Weiterentwicklung von Sonopill, das im Rahmen des EU-Programms Horizont 2020 finanziert wurde und sich sowohl auf diagnostische als auch auf therapeutische Fähigkeiten konzentriert. Während Sonopill in erster Linie der Diagnostik diente, kann Ultraschall auch für die gezielte Verabreichung von Medikamenten innerhalb der Kapsel verwendet werden. Diese Fähigkeit ermöglicht eine lokalisierte Behandlung direkt am Ort der Pathologie, was einen bedeutenden Schritt nach vorn in der personalisierten Medizin ist. Darüber hinaus erforschen wir robotische Verbesserungen, die es ermöglichen, die Kapsel über externe Steuerungen innerhalb des Darms zu manövrieren, was ein noch nie da gewesenes Maß an Präzision bedeutet.

Was sind die spezifischen technologischen Fortschritte, die derzeit im Rahmen des AutoCapsule-Projekts entwickelt werden?

Cochran: Der Schwerpunkt liegt aktuell auf der Verbesserung der elektronischen und mechanischen Aspekte der Kapsel, um ihre Funktionalität und Zuverlässigkeit zu erhöhen. Dazu gehören die Entwicklung anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreise und die Weiterentwicklung magnetischer Manipulationstechniken, mit denen wir die Bewegung und Position der Kapsel genauer steuern können. Diese Fortschritte sind sowohl für die diagnostischen als auch für die therapeutischen Funktionen von entscheidender Bedeutung und ermöglichen es uns, die Kapsel in bestimmten Darmbereichen zu befestigen, um diese länger zu überwachen oder Medikamente zu verabreichen.

Wie sehen angesichts dieser noch in Entwicklung befindlichen Technologien die nächsten Schritte auf dem Weg zur klinischen Anwendung aus?

Desmulliez: Der Weg zur klinischen Anwendung beinhaltet strenge Tests und Validierungen, um Sicherheit und Wirksamkeit zu gewährleisten. Außerdem arbeiten wir eng mit den Aufsichtsbehörden zusammen, um den Zulassungsprozess zu bewältigen. Gleichzeitig verfeinern wir unsere Prototypen, um sicherzustellen, dass sie die praktischen Bedürfnisse von ärztlichem Fachpersonal und Patientinnen und Patienten gleichermaßen erfüllen, wobei wir uns auf Benutzerfreundlichkeit, Komfort und Wirksamkeit konzentrieren. Die externe Stromversorgung und die Lokalisierung der Kapsel sind weitere Forschungsbereiche.