Technologien für die Personalisierte Medizin

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Liane Amsel
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der RWTH-Aachen Pauwelsstraße 20 52074 Aachen

1 Technologien für die Personalisierte Medizin INSTITUT FÜR ANGEWANDTE MEDIZINTECHNIK im Helmholtz-Institut der RWTH-Aachen Pauwelsstraße Aachen Direktor: Univ.-Prof. Dr. med. Dipl.-Ing. Thomas Schmitz-Rode

Akademiengruppe Personalisierte Medizin als Paradigmenwechsel für das Gesundheitssystem Der Personalisierten Medizin (synonym: Individualisierte Medizin ) wird das Potenzial zugeschrieben, durch eine

2 Akademiengruppe Personalisierte Medizin als Paradigmenwechsel für das Gesundheitssystem Der Personalisierten Medizin (synonym: Individualisierte Medizin ) wird das Potenzial zugeschrieben, durch eine Verbesserung der Effektivität der medizinischen Maßnahmen und Vermeidung unerwünschter Nebenwirkungen insgesamt die Effizienz zu steigern und damit Kostensteigerungen eines zukünftigen Gesundheitswesen zumindest teilweise aufzufangen. 2

3 Technologien für die Personalisierte Medizin omics : Genomics, Proteomics, Metabolomics, Molekularbiologie, Biochemie, Pharmakologie Molekulare Bildgebung: neue diagnostische Marker Targeted Therapy: - Kopplung Marker + Wirkstoff - hohe Wirkdosis am Target - Reduktion systemischer Nebenwirkungen 3

4 Molekulare Bildgebung und Therapie Targeting- Molekül Signalgeber Wirkstoff Trägersubstanz 4

5 Medizinische Bildgebung Screening Diagnosis & Staging Treatment & Monitoring Follow-Up

von Proben Analyse von Zellen / Geweben Wirksamkeit

6 Personalisierung der Medizin: mehr Analyse Lab-on-Chip: miniaturisierte Analysesysteme Analyse von Proben Analyse von Zellen / Geweben Wirksamkeit von Pharmaka Chemosensivität gegenüber Chemotherapeutika 6

7 Technologien für die Personalisierte Medizin Neue Dimension der Medizintechnik durch personalisierte Anpassung von Komponenten, Geräten und Systemen 7

8 COMPASS Cardiac Output Monitor mit pulmonalarteriellen Sensoren Implantat (CPU, Telemetrie, Energie) Drucksensor in Pulmonalarterie Mobiles Patientengerät (Telemetrie, Referenzdruck)

9 Schmerztherapie Personalisierung von Art und Dosis der Medikation 9

10 Device + Pharmakon Personalisierung von Art, Kombination und Dosis der Medikation? Drug Eluting Stents Drug Eluting Balloons 10

11 Individualisierte Rehabilitation At home Robot guided visual feedback sensorics resistive element trained and coached 11

12 Aachener Forschungscluster innovating medical technology in.nrw Patientenadaptierte medizintechnische Lösungen für die Kardiovaskuläre Therapie

13 Personalisierung Fokus auf Herz-Kreislauf-Erkrankungen als besonders relevantes Krankheitsgebiet (Haupttodesursache in den Industrienationen) Entwicklung patientenadaptierter medizintechnischer Systeme, Komponenten und Geräte im Sinne der personalisierten Medizin Individueller Zuschnitt von Diagnostik und Therapie auf die pathologische Bedarfslage des Patienten, unter Nutzung molekularer Erkenntnisse und Technologien Verbesserung der Interaktion zwischen dem technischen System einerseits und dem betroffenen Organsystem andererseits

14 Konsortium

15 I 3 -Assist Individual, Interactive & Integrated Cardiopulmonary Assist

16 konventionelle Herz-Lungen-Maschine 16

17 Mini-HLM: Konzept Oxygenator mit integrierter Blutpumpe, direkt verbunden mit Kardiotomie-Reservoir Integration Wärmetauscher Minimum an Komponenten Keine Verbindungsschläuche! Füllvolumen < 100 ml 17

18 Mini HLM: Erprobung 18

19 I 3 -Assist Individual, Interactive & Integrated Cardiopulmonary Assist Ziel: Modularisierung von Herz- Lungen-Maschine (HLM) und Lungenunterstützung (ECMO) Umschaltung HLM ECMO ohne Systemwechsel Anpassung an die individuelle Patientengröße Anpassung an den jeweiligen Behandlungsbedarf ECMO Wärmetauscher Pumpe Luft- Elimination (AED) I 3 - Assist Entnahme- Kanüle Oxy Oxy Oxy Oxygenator Oxy Oxy Oxy Rückgabe- Kanüle Kardiotomie Reservoir Hämofilter HLM Wärmetauscher mit Kühlung Erwachsene Neugeborene

20 Patim Development & Imaging of Patient Customized Bio-Implants

21 Tissue Engineering mit patienteneigenem Material Beispiel: Gefäßersatz whole blood fibrin gel myofibroblasts macroporous mesh biopsie endothelial cells vascular graft dynamic endothelial cell seeding bioreactor 21

22 Vascular Graft: Animal Study GoreTex Graft 22

Bildgebendes in vivo-monitoring des Implantates - der zellulären Implantatbesiedelung

23 Patim Entwicklung und Bildgebung patientenoptimierter Implantate Entwicklung individualisierter, patientenoptimierter Implantate Integration von Bildgebungsmarkern Bildgebendes in vivo-monitoring des Implantates - der zellulären Implantatbesiedelung (Hämokompatibilität, Entzündungsreaktion) - des Implantateinbaus und Implantatumbaus (Remodelling, Degradation)

24 Folie Nr. 24

25 HyTher Interventionelle Hybridtherapie Entwicklung und Verbesserung bildgeführter Eingriffe Ziel: Genauigkeit und Sicherheit komplexer bildgesteuerter Prozeduren erhöhen Strahlenbelastung und Eingriffsdauer vermindern Bilddatenzusammenführung von interventionellem Ultraschall und prä-interventionellem 3D C-Arm CT-Datensatz Schaffung patientenspezifischer, anpassungsfähiger 3D-Modelle Entwicklung einer Navigationsplattform für die elektromagnetische Instrumentennavigation Realisierung und Integration von Korrekturalgorithmen für den Ausgleich der Atembewegung stehen im Mittelpunkt

26 Cardiovasc. Device Development: VAD s

27 Cardiovasc. Device Development: VAD s Lionheart Implantation Aly El-Banayosy et al, Ann. Thorac Surg 2003; 75: Circulite Implantation 27

28 Mesh-Generierung aus Bilddaten Berücksichtigung der individuellen Anatomie des Patienten MRI/CT volume data set Extract cardiovascular system Create CAD model Generate mesh 28

29 Modellierung der Interaktion der technischen Komponente mit dem Organsystem CO: 3 l/min VAD: 2 l/min 24 fr cannula 29

30 Fraunhofer-MEVIS OP: Modellbasierte Therapie

31 Technologien für die Personalisierte Medizin Bildgebungstechnologien (inkl. Molecular Imaging): Analytik-Systeme / Point-of-Care / Lab-on-Chip / = Enabler der Personalisierten Medizin 31

32 Technologien für die Personalisierte Medizin Individualisierte Medizintechnische Geräte, Systeme Individualisierte Interaktion intelligenter Implantate mit dem erkrankten Organ(-system) Individualisierung bildgestützter Eingriffe Autologes Tissue Engineering und Technologien der Regenerativen Medizin 32

33 Technologien für die Personalisierte Medizin Individualisierte Medizintechnische Geräte, Systeme Individualisierte Interaktion intelligenter Implantate mit dem erkrankten Organ(-system) Individualisierung bildgestützter Eingriffe Autologes Tissue Engineering und Technologien der Regenerativen Medizin = Personalisierte Medizintechnik 33

34 Technologien für die Personalisierte Medizin Individualisierte Medizintechnische Geräte, Systeme Individualisierte Interaktion intelligenter Implantate mit dem erkrankten Organ(-system) Individualisierung bildgestützter Eingriffe Autologes Tissue Engineering und Technologien der Regenerativen Medizin = Personalisierte Medizintechnik = Essentieller Beitrag zur Personalisierten Medizin 34

35 Fortschrittskatalysatoren der Medizintechnik Computerisierung Informations- u. Kommunikationstechnologie Miniaturisierung Mikrosystemtechnik, Nano- und Optische Technologien Molekularisierung Biotechnologie, Cellular/Tissue Engineering 35

36 Fortschrittskatalysatoren der Medizintechnik Computerisierung Informations- u. Kommunikationstechnologie Miniaturisierung Mikrosystemtechnik, Nano- und Optische Technologien Molekularisierung Biotechnologie, Cellular/Tissue Engineering Personalisierung 36

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