2021

Bildgestützte robotische Mikrochirurgie in der Ophthalmologie – BiRoMicO

In der Ophthalmochirurgie erstreckt sich das Operationsfeld über wenige Millimeter, sodass seitens des Operateurs eine extrem hohe Präzision und Geschicklichkeit vorausgesetzt sind. Ein für die geforderte Präzision limitierender Faktor ist der physiologische Tremor, der sich im Bereich von 100 bis 200 μm bewegt und auch auf die feinen Instrumente übertragen wird. Neue Therapieverfahren setzen jedoch eine enorm hohe Präzision voraus: Die Behandlung der altersbedingten Makuladegeneration mittels Stammzelltherapie zeigt sich z. B. als hocheffiziente Therapie. Hierfür werden Stammzellen über subretinale Injektion zwischen den Photorezeptoren und dem retinalen Pigmentepithel eingebracht; ein Injektionsbereich, der nur wenige Mikrometer umfasst. Das sichere Auffinden dieses Injektionsbereiches stellt besondere Anforderungen an die Bildgebung aber auch an die Instrumenten­führung.

Um die technischen Rahmenbedingungen für diese Behandlungen bereitzustellen, wird in dem Projekt ein volldigitales 3D-Operationsmikroskop mit integrierter simultaner Kohärenztomographie für die Ophthalmologie entwickelt. In die multimodale Bildgebung des Mikroskops wird parallel ein robotischer Mikromanipulator integriert, der über die 3D-Bildgebungsinformation exakt und intuitiv gesteuert werden kann. Zudem können durch den volldigitalen Ansatz Bild- und Positions­informationen aller Systemkomponenten abgeglichen und dokumentiert und dadurch die erfolgreiche Therapie sichergestellt werden.


CellRotor 2.0 – Automatisierte Isolierung von adulten, körpereigenen Stammzellen aus Fettgewebe für die regenerative Zelltherapie

Die regenerative Zelltherapie hat in den letzten Jahren bei Wissenschaftlern, Klinikern und der Öffentlichkeit zunehmende Aufmerksamkeit erlangt. Die Attraktivität mesenchymaler Stammzellen für die regenerative Zelltherapie basiert auf ihrer Fähigkeit, Vorläuferzellen für unterschiedliche Zelltypen und ganze Gewebestrukturen bereitstellen zu können. Dabei sind insbesondere die körpereigenen UA-ADRCs – fresh, uncultured, unmodified, autologous adipose-derived regenerative cells – in den Mittelpunkt des Interesses gerückt. Die Isolierung von UA-ADRCs aus Fettgewebe erfolgt derzeit mit komplexen und teuren automatisierten Verfahren oder mit Zentrifugen-basierten Verfahren, die mehrere manuelle Arbeitsschritte beinhalten. Letztere können sich negativ auf die Effektivität und Sicherheit dieser Technologien auswirken.

Ziel des Vorhabens ist, ein Verfahren zur automatisierten Isolierung von UA-ADRCs mithilfe eines neuartigen, integrierten Reagenzsystems für marktübliche Zentrifugen zu etablieren. Ein solches System könnte einen neuen Stand der Technik in der regenerativen Zelltherapie definieren. Das automatisierte Verfahren soll möglichst einfach, sicher und anwendungs­orientiert sein, um den routinemäßigen Einsatz im klinischen Umfeld zu ermöglichen. Die Automatisierung kann die Attraktivität dieser Technologie für die Anwender – und aller Wahrscheinlichkeit nach auch die Akzeptanz durch Zulassungsbehörden – deutlich erhöhen.


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

Die COVID-19-Erkrankung zeigt äußerst variable klinische Verläufe. Bei ca. 14 % der Patienten kommt es zu einer schweren Erkrankung mit hoher Mortalität, die mit überschießender Entzündungsreaktion, Blutgerinnungsstörungen und Herz-Kreislauf-Komplikationen einher­geht. Die Ursachen für diese äußerst unterschiedlichen Verläufe sind bisher nicht ausreichend verstanden, und eine gezielte Therapie ist bisher nicht etabliert. Bei schweren COVID-19-Fällen scheint es zu einer fehlregulierten Immunantwort auf das SARS-CoV-2-Virus zu kommen.

In diesem Projekt werden die Immunantworten bei hospitalisierten COVID-19-Patienten im longitudinalen Krankheitsverlauf untersucht. An Patientenproben der CORKUM-Biobank des LMU Klinikums werden die Immunzellen im Blut ausführlich charakterisiert. Zusätzlich werden das Proteom und epigenetische Marker in PBMC untersucht und umfassende Untersuchungen der Proteine im Blutplasma zusammen mit den industriellen Partnern durchgeführt.

Die gewonnenen Daten werden in Bezug zu den klinischen Daten gesetzt. Dadurch wird ein tieferes Verständnis der Vorgänge erzielt, die zu schweren Erkrankungsverläufen führen. Die Daten dienen der Identifizierung von Biomarkern und möglichen therapeutischen Strategien im Sinne einer individuellen Therapie von COVID-19-Patienten. Für die daraus zu entwickelnden diagnostischen Werkzeuge sehen die Antragsteller auch für das klinische Management anderer viraler und entzündlicher Erkrankungen ein großes Potenzial.


DeepMIC – Deep Learning basierte Endoskopnachführung

Das Projekt DeepMIC schafft einen neuen Ansatz für ein intelligentes, kollaboratives Assistenzsystem zur Kameraführung bei minimal-invasiven chirurgischen Eingriffen. Das neue Assistenzsystem soll sich durch eine bisher noch nicht ansatzweise erreichte Adaptivität im Einsatz, eine intuitive Bedienbarkeit und die Fähigkeit zur aktiven (halb-)automatischen Kooperation mit dem Chirurgen auszeichnen und somit quasi selbstständig zu einer bestmöglichen Kameraführung fähig sein.

Der innovative Ansatz besteht in einer kontinuierlichen Auswertung und Klassifikation der Infor­mationen des endoskopischen Kamerabildes durch Methoden der Künstlichen Intelligenz (hier speziell Deep Learning) in Kombination mit natürlicher Spracherkennung. Kombiniert mit Wissen aus dem chirurgischen Workflow soll das System eine Interaktion mit dem Chirurgen erlauben, die einer menschlichen Assistenz ähnlich ist und somit direkt auf die aktuellen Erfordernisse des Eingriffes reagieren kann.


DHODH-Inhibitoren in Kombinationstherapien gegen COVID- und weitere klinisch relevante Virusinfektionen (IMU-COVID)

Zur Bekämpfung der COVID-19-Pandemie werden dringend wirkungsvolle Medikamente benötigt, da eine Komplettimpfung der Bevölkerung zur Herdenimmunität dauert und erkrankte Menschen, die nicht geimpft werden können, auf Medikamente angewiesen sind. Eine Medikamenten-Neu­entwicklung ist zeitaufwendig, sodass schlagkräftige Kombinationen von bereits vorhandenen DAAs (Direct-Acting-Antivirals) mit Breitband-antiviral wirkenden Medikamenten validiert werden sollen. Diese müssen in neuen hochwertigen Testsystemen auf Wirksamkeit, Sicherheit und Interaktions­potenzial untersucht werden, bevor sie bei COVID-19-Patienten eingesetzt werden können.

In diesem Projekt wird ein breites Spektrum an Testsystemen etabliert, mit denen insbesondere die Aktivität gegen SARS-CoV-2 für einzelne Medikamente sowie Kombinationen bestimmt werden kann. Ein großer Vorteil des Projekts ist, dass Testsysteme auch für andere klinisch relevante Viren bestehen oder adaptiert werden können, um Breitband-Wirkungen zu verifizieren. Klinisch/präklinisch evaluierte DHODH-Inhibitoren stehen als wirtszellbasierte, Breitband-antiviral wirkende Testmoleküle zur Verfügung und sollen mit DAAs kombiniert werden. In Kombinationstherapien muss beste Wirksamkeit mit höchster Sicherheit für Patienten gewährleistet sein, sodass hier Kombinationen in In-vitro- und In-vivo-Modellen untersucht werden, mit dem Ziel, einen substanziellen Beitrag zur Bekämpfung von COVID-19 und zukünftigen Pandemien zu leisten.


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Forschungsverbünde

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

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