Europäisches Kooperationsprojekt zur Entwicklung innovativer mobiler Sensorik ist erfolgreich abgeschlossen

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Was wäre, wenn man den Blutzuckerspiegel nichtinvasiv messen könnte? senetics arbeitet, als innovatives Medizintechnikunternehmen, in geförderten Forschungs- und Entwicklungsprojekten an der Schnittstelle von Mensch und Technik mit namhaften europäischen Unternehmen und Universitäten zusammen. Gemeinsam mit mehr als 15 Partnern wurde das Projekt „Next Generation of Body Monitoring“ (kurz: NexGen) im Jahr 2016 gestartet. Es beschäftigt sich nicht nur mit innovativen technischen Möglichkeiten, um der täglichen nicht/minimal-invasiven Messung des Blutzuckers bei Diabetikern Abhilfe zu schaffen, sondern setzt sich in diesem Rahmen auch mit neuartigen Lösungen zur Überwachung von Vitalparametern mittels eines Pflasters auseinander. Gemeinsam mit Partnern aus der Chipentwicklung und der Medizin forscht senetics an der Umsetzung von RF-Sensoren als Implantat und deren Anwendung an und im menschlichen Gewebe.

Im europäischen Forschungsverbund „Sensorbasierte Systeme der nächsten Generation für variable, mobile Gesundheitsanwendungen“ (NexGen) entwickelt die senetics healthcare group GmbH & Co. KG u.a. mit der Infineon Technologies AG, Siemens AG, B Braun Melsungen AG, Philips und der Berliner Charité – neue Körperüberwachungssysteme. Das Vorhaben wurde gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung und dem EUREKA-Programm CATRENE. Im Projekt hat senetics wertvolle Erkenntnisse für die Benutzeroberflächen und Systemarchitekturen neuartiger mobiler Sensorsysteme erlangt und neue Forschungsergebnisse zur innovativen Validierung moderner Sensoren erarbeiten können.

 

Konzepte für moderne Sensorsysteme

Zu Beginn des Projekts wurde das Sensorsystem konzipiert. Durch intelligente Sensoren am Körper können Biovitalparameter dauerhaft wichtige Informationen für den Anwender und den behandelnden Arzt liefern. Dabei helfen implantierte Sensoren, um wichtige Körper- und Blutwerte zu sammeln und die Genesungsprozesse oder Erkrankungen zu überwachen. Um dauerhaft Daten aufzunehmen, muss außerhalb eines Pflasters oder eines Implantats ein Gateway die Daten zu einem Server übertragen oder ein Gerät die Daten direkt speichern.

Aufgrund der Sensibilität medizinischer Daten ist die Speicherung in einem Smart Device als erste Lösung zu empfehlen. Im Rahmen von NexGen hat senetics diese Architektur näher untersucht und Untersuchungen zur optimalen Auslegung für die Anwendungen in verschiedenen Umgebungen getätigt.

 

Systemarchitektur für moderne mobile Sensorsysteme

Als Ausblick soll die Übertragung der Daten für telemedizinische Anwendung dienen. Die Telemedizin ist ein Teilbereich der Telematik im Gesundheitswesen und bezeichnet Diagnostik und Therapie unter Überbrückung einer räumlichen oder auch zeitlichen Distanz zwischen Arzt und Patienten mittels Telekommunikation. Sie bietet vielversprechende Möglichkeiten rund um das Spektrum der modernen Versorgungsformen und umfasst mittlerweile nahezu alle medizinischen Fachgebiete. Vor allem in der Kombination mit dem NexGen-Multisensor Patch und dem Implantat bietet dies einen großen Vorteil für Anwender, Eltern, Pfleger und Ärzte. Mit den Technologien und Konzepten für mobile Sensorsysteme kann senetics in Zukunft innovative, sichere und flexible Lösungen für neue medizinische Systeme entwickeln.

 

Hautmodelle zur Reduzierung von Tierversuchen

Die Idee der 3R basiert ursprünglich vor allem auf der Reduzierung von Tierversuchen beim Screening neuer Wirkstoffe und Verbindungen. Sie lässt sich aber gleichsam auf die Testung von Medizinprodukten übertragen. Da bei diesen Testungen humane Zellen verwendet werden, ist die Übertragbarkeit der erhaltenen Ergebnisse im Vergleich zu Tierversuch an anderen Spezies wie Nagetieren für die Anwendung sichergestellt. Auf Basis dieser Prüfungen ist es möglich, Gefährdungen wie Biofouling und Entzündungsreaktionen bereits in einer Frühphase der Entwicklung zu erkennen. So können darauf zurückzuführende Risiken auf ein Minimum reduziert werden und somit die Gesundheit und Unversehrtheit des Patienten oder Anwenders optimal geschützt werden. Gerade bei neuartigen Produktentwicklungen im Bereich nicht-invasiver Sensorik zum Vitalparameter-Monitoring ist die Datenlage aus bereits zugelassenen Medizinprodukten mit vergleichbaren Technologien häufig nur eingeschränkt gegeben.

Senetics hat im Rahmen des NexGen-Projekts verschiedene Ansätze zur Modellierung von menschlichen Geweben für die projektrelevanten Anwendungen untersucht. Die Erwärmung menschlichen Gewebes durch elektromagnetische Strahlung kann z.B. mit in-silico Modellen abgedeckt werden.

Um die Funktionsweise von Sensoren zu überprüfen, können als Alternative zu humanen Modellen auch ex-vivo Tiermodelle herangezogen werden. Ein Beispiel hierfür ist Schweinehaut, deren Verwendung in den unterschiedlichsten Einsatzgebieten schon lange als etabliert gilt. Sie weist im Bau, der Permeabilität und den grundlegenden stoffwechselphysiologischen Vorgängen deutliche Parallelen zum Menschen auf. Auch mechanisch gesehen ist die Schweinehaut der menschlichen sehr ähnlich und wird deshalb bereits in vielen medizinischen Gebieten als Struktur- und Funktionsmodell für menschliche Haut verwendet.

Senetics hat im Rahmen von NexGen technische Hautmodelle entworfen, welche die mechanischen und elektromagnetischen Eigenschaften von Haut nachbilden. Diese können zur Prüfung von Wirksamkeit von Injektoren herangezogen werden.

Vermessung der Durchlässigkeit elektromagnetischer Felder bei technischen Hautmodellen

Technische Hautmodelle bestehen aus Ersatzmaterialien wie Silikon, Latex oder Gelatine und kommen damit ohne Zellen aus. Als oberste Schicht fungiert die Epidermis zusammen mit der Dermis und simuliert das extrazelluläre Gewebe. Darauf folgt die Subkutis. In diese Schicht können Blutgefäßimitate eingebettet werden, welche größere Venen und Arterien darstellen. Dadurch können die natürlichen Gegebenheiten im menschlichen Körper nachgebildet werden. Die unterste und stärkste Ebene stellt die Muskelschicht dar und gewährleistet eine bestimmte Höhe des Modells. Dieses Modell ist besonders für die Simulation der elektromagnetischen Eigenschaften der Haut geeignet und kann zur Sensorevaluierung eingesetzt werden.

Verschiedene Gewebemodelle als Ersatz zur menschlichen Haut für die effiziente Validierung neuer Produkte (A: 3D-Hautmodelle gezüchtet aus humanen Zellen (in-vitro Modelle), B: Schweinehaut (ex-vivo Modelle), C: technische Modelle aus Silikon und Gelatine)

Alle Modelle sind für die Validierung verschiedener Sensoren und andere Fragestellungen wie Tape Stripping Tests oder der Testung neuer Kanülen geeignet.

Die Ergebnisse fließen direkt in unsere Dienstleistungen ein. Damit kann das Unternehmen seine Kunden nachhaltig besser unterstützen und die Innovationskraft vieler Unternehmen erhöhen.