2023

AI-basiertes SMART-Mikroskop für die Augenchirurgie

In den letzten 60 Jahren wurden optische Mikroskope für die Augenchirurgie sehr erfolgreich ange­wendet. Jetzt findet ein Paradigmenwechsel überall in der Mikroskopie statt und die Vielfalt an neuen Möglichkeiten durch digitale Visualisierungen, Echtzeit-Datenbearbeitung und künstliche Intelligenz (KI) steigt stark an. Zukünftig wird Augenchirurgen die bestmögliche Visualisierung bei einfachstem Workflow gewährt: Die angebotenen Modalitäten Video und intraoperative optische Kohärenz­tomographie werden intuitiv und im Idealfall unmerklich ineinander übergehen.

Für jede spezielle OP-Phase soll jeweils die ideale Visualisierungsart zur Verfügung gestellt werden, so dass die chirurgische Prozedur schnell und mit bestem Ergebnis abläuft. Sowohl eine OP-Phasen- und Werkzeugerkennung mit KI-gesteuertem Wechsel der Visualisierungsmodalitäten als auch eine optimierte Visualisierung inkl. KI-bestimmter Segmentierung sind Basiskomponenten dieser Arbeit. Sie bilden die Grundlage für ein weitgehend automatisiertes SMART-Mikroskop mit reduziertem Bedienaufwand für den Chirurgen.


Charakterisierung innater und adaptiver Immunantworten nach SARS-CoV-2-Infektion zur Identifikation von Biomarkern und Entwicklung von Risiko-adaptierten Therapieansätzen (ImmunoVID)

COVID-19 zeigt ein weites Spektrum an klinischen Verläufen. Während schwere akute Erkrankungsverläufe inzwischen selten geworden sind, treten weiterhin lang andauernde Beschwerden nach SARS-CoV-2 Infektionen auf. Die Vorgänge, die zu unterschiedlichen Verläufen führen, sind unzureichend verstanden, und es fehlen Biomarker für diese Patientengruppen.


Entwicklung eines neuartigen Bedside-Sepsis-Schnelltest-Diagnosesystems – BES²D

Im Falle einer Sepsis führt eine fehlgeleitete Immunantwort zu einem Multiorganversagen, die Letalität steigt dabei stündlich um 7 % und erreicht im Durchschnitt mehr als 40 %. Der gegenwärtige „Gold­standard“, die Blutkulturflasche, zeigt dabei eine zu hohe Nachweisdauer. Ziel des Projekts BES2D ist es, ein neuartiges, autarkes Point-of-Care-Schnelldiagnostik-System zur Anwendung am Patienten (Bedside) zu entwickeln, um so eine gezielte Medikation möglichst früh einzuleiten und die Letalität zu senken.

In diesem Projekt sollen Pathogene mittels Filtration aufkonzentriert werden. Die Evaluierung hierfür erfolgt hinsichtlich des Retentionsverhaltens klinisch relevanter Erreger als auch des Filtrations­vermögens von Vollblut-Proben. Um Letzteres zu verbessern, werden eukaryote Zellen lysiert, ohne mikrobielle Erreger zu inaktivieren. Nach der optimalen Inkubation und dem Nachweis via integrierter Sensoriken in Kombination mit diagnostischen Methoden (Spektrometrie, Mikroskopie, chromogene Medien u. a.) werden die Erreger, parallel zur Blutkulturflasche, spezifisch und lebensfähig identifiziert. Für eine zeitnahe und adäquate Medikation sollen diese Informationen im Gegensatz zur Blutkultur bereits in den ersten 24 Stunden nach Probennahme vorliegen.

Durch den Wissenstransfer des erzielten Know-hows kann eine weltweit relevante Methode zur Verbesserung der Gesundheitsversorgung im Flächenstaat Bayern zur Sepsis-Frühdiagnostik mit gezielter Behandlung Anwendung finden.


Entwicklung spezifischer und potenter Gensubstitutionstherapien zur Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen

Die Gensubstitutionstherapie mittels rekombinanter Adeno-assoziierter Viren (rAAVs) hat das Potenzial, bisher unheilbare genetische Erkrankungen zu lindern und sogar zu heilen. Dabei sind insbesondere eine hohe Potenz und Spezifität der gentherapeutischen Behandlung entscheidend. Im beantragten Projekt sollen diese beiden Faktoren für die Gentherapie retinaler und anderer neuro­degenerativer Erkrankungen optimiert werden. Dafür sollen das therapeutische Zeitfenster erweitert und der Therapieeffekt für eine gentherapeutische Behandlung durch die additive Gabe neurotropher Faktoren (NTFs) maximiert werden (Potenz). Darüber hinaus soll der Nutzen von NTFs für eine Gensubstitutionstherapie im Gehirn evaluiert werden.

In diesem Kontext wird die Spezifität neuartiger, verbesserter rAAV-Kapside für ausgewählte Gehirnregionen getestet. Diese Kapside wurden bereits erfolgreich in der präklinischen Entwicklung von Gentherapien degenerativer Erkrankungen der Retina eingesetzt. Da hier retinale Neurone therapiert wurden, sollten sich diese neuartigen Kapside auch im Gehirn gut als Genfähren eignen. Das Projekt soll spezifische rAAV-Kapside im zentralen Nervensystem und potente Behandlungsmethoden für zukünftige Gensubstitutionstherapien aufzeigen.


Forschungsverbund Nahtlose und ergonomische Integration der Robotik in den klinischen Arbeitsablauf – ForNeRo

Die Einführung von Roboterassistenzsystemen in den klinischen Workflow führt zu einem erheblichen Anstieg der technischen, sozialen und organisatorischen Komplexität im Operationssaal. Roboter­systeme werden derzeit in traditionelle Prozesse eingebunden, ohne dass eine wirkliche Integration stattfindet. Bestehende Arbeitsabläufe und Prozesse wurden bislang nur unzureichend an die neuen Bedingungen im OP angepasst. Um eine langfristig ökonomisch sinnvolle und klinisch relevante Etablierung dieser Systeme im Operationssaal sicherzustellen, werden neuartige Methoden erforderlich, die eine organische, nutzerzentrierte Einbindung ermöglichen.

Mit diesem Vorhaben wird angestrebt, die Integration der Systeme unter Berücksichtigung ergonomischer Anforderungen und unter Nutzung von Simulationen, Augmented-Reality-Anwendungen und User-Interface-Technologien zu verbessern. Konkret sollen Methoden entwickelt werden, die eine digitale Planung und Simulation der Roboterplatzierung im OP und am Situs ermöglichen, um so einen möglichst effizienten Arbeitsbereich für das OP-Personal und das Robotersystem zu realisieren. Zudem soll eine ergonomische, von Augmentierter Realität geleitete, optimale Platzierung und Nutzung der Roboter im OP ermöglicht werden. Darüber hinaus werden im Vorhaben Methoden entwickelt, welche die Belastungen und Beanspruchungen des Personals erfassen, darauf frühzeitig vor möglichen Störungen im Arbeitsablauf hinweisen und so eine effizientere Informationsweitergabe unterstützen können.


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Forschungsverbünde

In strategisch wichtigen Bereichen werden von der Forschungs­stiftung auch Forschungs­verbünde initiiert und gefördert.

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