OptoCarDi: Erforschung neuer Diagnostikmöglichkeiten am Herzmuskel

Die Vorbereitungen für das Projekt OptoCarDi an der EAH Jena und am Universitätsklinikum Jena (UKJ) laufen momentan auf Hochtouren. Ab Juni 2023 entwickeln dort ein Forscherteam um Prof. Iwan Schie (biomedizinische Technik), Prof. Robert Brunner (miniaturisierte optische Sensorik) sowie die Kardiologen Prof. Sven Möbius-Winkler und Prof. Christian Schulze den Prototyp eines optischen Katheters.

Er soll bei Untersuchungen des Herzmuskels zum Einsatz kommen, um genaue Informationen über Veränderungen des Gewebes zu liefern und chirurgische Eingriffe zur Entnahme von Herzgewebeproben zu reduzieren. Prof. Iwan Schie spricht im Interview mit MEDICA.de über das Projekt.

Prof. Schie, können Sie uns bitte das Projekt OptoCarDi erklären?

Prof. Iwan Schie: Das Projekt OptoCarDi hat das Ziel, einen multimodal-bildgebenden Katheter zur Diagnostik strukturell morphologischer Veränderungen des Herzmuskels, insbesondere der Myokarditis, zu entwickeln. Hierfür werden optische und spektroskopische Verfahren wie optische Kohärenztomographie, Ultraviolett-Autofluoreszenz und Nahinfrarot-Spektroskopie kombiniert, um eine verbesserte Diagnostik zu ermöglichen. Das Projekt wird durch die Carl-Zeiss-Stiftung mit einer Million Euro finanziert und läuft bis 31. Mai 2026.

Wir möchten den in diesem Projekt zu entwickelnden Laborprototypen in die vorklinische Untersuchung überführen und die Technologie für den Einsatz am Patienten qualifizieren. Die angestrebte Lösung wird zukünftig neue Möglichkeiten für die optische katheterbasierte intrakardiale Diagnostik erlauben.

Wer widmet sich OptoCarDi?

Schie: Das Projektteam besteht aus der AG-Brunner und der AG-Schie von der EAH, der AG-Möbius-Winkler und der AG-Schulze vom UKJ. Wir kooperieren mit Partnern aus der Wissenschaft und Wirtschaft.

Was erhoffen Sie sich von dem Forschungsvorhaben?

Schie: Wir erhoffen uns, dass die Technologie die Diagnose von strukturellen Herzerkrankungen wie der Myokarditis verbessern wird, indem sie eine exaktere und personalisierte Diagnose ermöglicht und die Notwendigkeit von invasiven Eingriffen wie der Endomyokardbiopsie reduziert. Durch die Kombination von optischen und spektroskopischen Verfahren in einem Katheter können Ärztinnen und Ärzte präzisere Informationen über den Zustand des Herzmuskels erhalten und damit effektivere Therapien einsetzen.

Wie muss man sich die Forschungsarbeiten vorstellen?

Schie: Die Forschungsarbeiten im Rahmen von OptoCarDi sind sehr anspruchsvoll und erfordern eine enge Zusammenarbeit zwischen Experten aus verschiedenen Disziplinen wie Optik, Biomedizin und Medizin. Das grundlegende Konzept des Projekts besteht darin, ein neuartiges Instrument zu entwickeln, das es ermöglicht, die Struktur des Herzens auf der Basis von optischen Signalen zu erfassen – ähnlich einem Mikroskop, nur dass dieses System innerhalb des Körpers eingesetzt wird. Dazu werden wir ein spezielles optisches System entwickeln, das es ermöglicht, die winzigen Veränderungen des Herzgewebes zu vermessen und zu visualisieren.

Wo liegen Herausforderungen?

Schie: Eine der Herausforderungen besteht darin, dass diese Veränderungen sehr klein sind und die optische Messung in der Herzkammer wegen der Kontraktion und der Perfusion hochkomplex sein wird. Daher werden wir das System so entwickeln, dass diese Störungen minimiert und die gewünschten Signale erfasst werden können. Insgesamt erfordert OptoCarDi eine hochspezialisierte Expertise und eine enge Zusammenarbeit zwischen Forschenden aus verschiedenen Disziplinen. Aber wenn sie erfolgreich sind, könnten sie zu wichtigen Durchbrüchen in der Diagnose und Behandlung von Herzkrankheiten führen.

Wie arbeiten Sie sich zum Ziel vor?

Schie: Ein wichtiger Meilenstein ist die Entwicklung der faseroptischen Sonde, die in Zusammenarbeit der AG-Schie und AG-Brunner entstehen wird. Diese wird so entwickelt, dass sie unter den sehr anspruchsvollen Bedingungen im Herzen die notwendigen Signale des Gewebes messen kann.

Warum liegt der Fokus auf der Myokarditis?

Schie: Die Myokarditis kann zu einer gestörten elektrischen Aktivität des Herzmuskels führen und somit lebensbedrohliche Herzrhythmusstörungen verursachen. Die OptoCarDi-Technologie soll dabei helfen, die zelluläre Struktur des Herzens bei Myokarditis zu untersuchen und somit ein besseres Verständnis der zugrunde liegenden Mechanismen zu gewinnen. Auf lange Sicht könnte dies zu einer verbesserten Diagnose und Behandlung von Myokarditis, aber auch von anderen Herzkrankheiten führen. Hier wäre zum Beispiel eine Diagnostik der zugrundeliegenden Herzmuskelveränderungen der Herzinsuffizienz denkbar.

Das Projekt wird als alternativer Ansatz benannt. Inwiefern ist es ein alternativer Ansatz?

Schie: Das OptoCarDi-Projekt verfolgt einen alternativen Ansatz zur Diagnose von Myokarditis im Vergleich zu herkömmlichen diagnostischen Methoden wie MRT oder Biopsien. Während herkömmliche Methoden Bilder des Herzmuskels unter reduzierter Auflösung liefern oder Gewebeproben entnommen werden müssen, die dann im Labor analysiert werden, nutzt das OptoCarDi-System biophotonische Verfahren, um die chemische Zusammensetzung und die morphologische Veränderung des Herzmuskels hochaufgelöst in vivo zu bestimmen. Dieser Ansatz hat das Potenzial, schnellere und präzisere Diagnosen zu liefern und das Risiko invasiver Verfahren zu minimieren.

Gibt es auch Nachteile des optischen Katheters? Zum Beispiel in Bezug auf die Diagnostik?

Schie: Da die optischen Signale hauptsächlich oberflächennahe Signale des Herzens vermessen, sind tieferliegende Gewebeschichten eventuell schwer zu erreichen. Dies kann die Genauigkeit der Diagnostik beeinträchtigen, insbesondere bei tieferliegenden Entzündungsherden oder Vernarbungen. Diese Aspekte werden bei der Forschungsarbeit eruiert und mögliche Lösungsansätze erarbeitet.