Das HERMES-Projekt – eine Herzensangelegenheit

Zwei sächsische Forschungseinrichtungen und zwei sächsische KMUs stehen hinter dem neuen Projekt HERMES. Das Akronym steht für "Highspeed Erfassung und Regelung Mikrophysiologischer Eigenschaften mit einer intelligenten Steuerung". Diesem Vorhaben wird der Forschungsverbund aus der QuoData GmbH, dem Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS, der Medizinischen Fakultät der TU Dresden (Institut für Pharmakologie und Toxikologie) und der DELTEC GmbH in den nächsten zweieinhalb Jahren gemeinsam nachgehen. Die mit HERMES verbundenen Innovationen können langfristig gesehen auch Tierversuche ersetzen und somit den Ressourcenaufwand durch die Versuchstierhaltung senken.

HERMES ist als Organ-on-Chip-System zur Bestimmung der Vitalität von Herzmuskelzellen konzipiert. Der Markt für solche Dienstleistungen ist groß – vor allem in Nordamerika und im asiatisch-pazifischen Raum. Auch in Europa gibt es Bedarf, wenn man bedenkt, dass dort laut WHO Herz-Kreislauf-Erkrankungen für ca. 50% der frühzeitigen Todesfälle verantwortlich sind. Damit sind Diagnose und Therapie kardiovaskulärer Krankheiten eine wichtige Aufgabe im Gesundheitsbereich. Die Auswahl an Medikamenten ist groß - und eine schwierige Angelegenheit. Eine Lösung bietet die individualisierte Medizin, bei der die Wirkstofftestung an patientenspezifischen Zellen oder Geweben erfolgt. Herzmuskelzellen sind hierbei besonders interessant, da diese auch in-vitro typische Kontraktions- und Relaxationsbewegungen ausführen.

Durch diese Bewegungsmuster kann die Wirksamkeit der getesteten Substanzen aufbereitet werden.
Um die Bewegungsmuster zu erfassen und auszuwerten, wird ein automatisiertes Messsystems zur Bestimmung der Vitalität von Herzmuskelzellen benötigt. Solch ein cyber-physisches System wird im HERMES-Projekt entwickelt werden. Mit dessen Daten, zusätzlichen Markern und Expertenwissen können Algorithmen (beziehungsweise neuronale Netze) zur automatisierten Bewertung eingesetzt werden.

Das cyber-physische System besteht aus verschiedenen Modulen:

• Mikrophysiologische Systeme und Protokolle für das Kultivieren von Herzmuskelzellen unter definierten Bedingungen
• Herzmuskelzell-Aktivitätsmesssystem mit integrierten Modulen zum Steuern und Regeln von mikrophysiologischen Systemen
• Datenanalyse-Cloud

QuoData wird sich neben der Projektleitung hauptsächlich mit der Analyse der Bilddaten, der Entwicklung und Anwendung von Maschine Learning-Algorithmen zur Auswertung der Datensätze, der Validierung der neuen Auswertemethoden sowie der Entwicklung eines Cloud-basierten Expertensystems mit Nutzer-Interaktion beschäftigen.

Eine Herausforderung bei der Durchführung des Projektes besteht nicht nur in den großen zu verarbeitenden Datenmengen, sondern auch in der Problematik, statistisch signifikante Erkenntnisse aus den gewonnenen Daten abzuleiten, beispielsweise in Bezug auf die Wirksamkeit verabreichter Medikamente.

Ende Juni fand bereits das Auftakttreffen für HERMES statt, welches mit Mitteln aus dem Europäischen Fond für Regionale Entwicklung (EFRE-Technologieförderung) gefördert wird.