Erfolgreicher Abschluss des Forschungsprojekts TEAM

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 nicht optimalen Therapie „auf Verdacht.

Für eine verbesserte Diagnostik und Therapie wurde das vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) geförderte Forschungsprojekt TEAM[1] ins Leben gerufen. Mit der photonischen Methode der „Fluoreszenz in situ Hybridisierung“ (FISH) wurden die Grundlagen für eine angepasste Therapie geschaffen, indem diagnostische und digitale Verfahren entwickelt wurden, die schwere bakterielle Infektionen des Herzens präziser analysieren und auf deren Grundlage Antibiotika-Therapien gezielter gesteuert werden können. Mit Hilfe von FISH kann man Bakterien im Gewebsschnitt entfernter Herzklappen sichtbar machen, identifizieren sowie ihre Anzahl und Aktivität bestimmen.

Projektpartner waren die MoKi Analytics GmbH, Leipzig (Projektkoordination, PD Dr. Judith Kikhney), das Institut für Medizinische Mikrobiologie und Virologie des Universitätsklinikums Leipzig (Prof. Dr. Annette Moter), die Intavis Peptide Services GmbH, Tübingen (Dr. Steffen Hüttner), die MetaSystems Hard & Software GmbH, Altlussheim (Dr. Andreas Plesch), sowie die NEXUS / CHILI GmbH, Dossenheim (Dr. Uwe Engelmann).

Nach vierjähriger Laufzeit wurde das Projekt nun erfolgreich abgeschlossen.

„Diese schwere, oft bakterielle Entzündung der Herzinnenhaut oder -klappen ist trotz aller Fortschritte weiterhin eine Erkrankung mit hoher Sterblichkeit. Unser Ziel war es, die zugrunde liegenden mikrobiologischen Prozesse direkt am klinischen Material sichtbar zu machen und so Therapieentscheidungen besser zu individualisieren“, erklärt Prof. Dr. Annette Moter.

Kern der Entwicklung ist ein sogenannter Biofilm-Classifier, der moderne molekularbiologische Verfahren mit automatisierter Bildanalyse und künstlicher Intelligenz kombiniert. Dafür wurden innovative PNA-FISH-Sonden entwickelt.

„Mit unseren spezifischen PNA-FISH-Sonden können wir die mikrobiellen Aktivitäten deutlich sensibler darstellen als bisher. Das ist eine wichtige Voraussetzung, um Infektionen besser zu verstehen und gezielt zu behandeln“, so Dr. Steffen Hüttner, Intavis Peptide Services.

Die FISH-Signale (oder Markierungen) werden mit Hilfe der automatisierten Mikroskopie aufgenommen und ausgewertet. „Die Kombination aus automatisierter Bildaufnahme und KI-Analyse ermöglicht erstmals eine objektive und reproduzierbare Bewertung des Infektionsstatus und des bisherigen Erfolgs der präoperativen Antibiotika-Therapie als Grundlage für die postoperativen Infektionsbehandlung“, erläutert Dr. Andreas Plesch von MetaSystems.

„Wir konnten zeigen, dass sich aus den Daten neue Ansätze für die postoperative Risikobewertung und Therapieentscheidung ableiten lassen. Perspektivisch können wir Ärztinnen und Ärzte so deutlich gezielter unterstützen“, ergänzt Prof. Dr. Annette Moter.

Ein zentraler Baustein innerhalb des Projekts war die Entwicklung eines multimodalen FISH-Archivs (bzw. PACS: Picture Archive and Communication System) zur strukturierten Verwaltung und Analyse der entstehenden Bilddaten durch die NEXUS / CHILI GmbH. Dabei werden mikroskopische Aufnahmen mit makroskopischen Bildern der entnommenen Proben integriert und in einem gemeinsamen Kontext verfügbar gemacht.

„Wir führen alle Bildinformationen zu einer Probe in einem System zusammen und machen ihre Zusammenhänge sichtbar. So entsteht erstmals eine durchgängige digitale Prozesskette von der Probe bis zur Therapieentscheidung“, sagt Dr. Uwe Engelmann.

„Die entwickelten Konzepte sind nicht auf ein Fachgebiet beschränkt. Wir sehen großes Potenzial auch in Bereichen wie Virologie oder Pathologie“, betont PD Dr. Judith Kikhney, Projektkoordinatorin bei MoKi Analytics.

Nach Projektabschluss ist geplant, die Demonstratoren in ein marktfähiges Medizinprodukt weiterzuentwickeln, das insbesondere diagnostischen Laboren mit FISH-Technologie neue Möglichkeiten der digitalen Analyse und Dokumentation eröffnet.

Mit dem erfolgreichen Abschluss von TEAM wurde ein wichtiger Schritt hin zu datengetriebener, personalisierter Infektionsmedizin erreicht – mit dem Potenzial, Diagnostik, Therapieplanung und klinische Entscheidungsprozesse nachhaltig zu verbessern.

Das Verbundprojekt TEAM wurde vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) im Rahmen des Förderprogramms Photonik Forschung Deutschland unter den Förderkennzeichen 13N15815 – 13N15820 gefördert.

[1] https://www.quantensysteme.info/…