Neuer Ansatz für eine optische Biopsie in der Melanomdiagnostik

• Antragsteller: Professor Dr. Steffen Emmert; Professor Dr. Bernhard Roth
• Fachliche Zuordnung: Biophysik ; Biomedizinische Systemtechnik ; Dermatologie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 432242402

Das maligne Melanom ist der gefährlichste Hautkrebstyp, der zudem die größte Sterblichkeitsrate besitzt. Seit den 1980er Jahren hat sich die Erkrankungsrate mehr als verdreifacht. Motivation für dieses Projekt ist ein bestehendes Defizit in der Melanomdiagnostik. Bei auffälligen Pigmentmalen ist oft nicht klar, ob es sich um ein Melanom (schwarzer Hautkrebs) oder noch um ein gutartiges Muttermal handelt. Die Tumordicke, also die Invasionstiefe der Melanomzellen, ist neben der Dignität (Gut- bzw. Bösartigkeit) das maßgebliche Kriterium für das Tumorstadium und die Prognose der Erkrankung und entscheidet über Behandlung. Aktuell ist es erst durch eine histopathologische Analyse des entnommenen Gewebes möglich, ein Melanom zu diagnostizieren und die Tumordicke zu bestimmen. Eine verlässliche, frühzeitige und nichtinvasive Diagnostik, die Dignität und Invasionstiefe gleichzeitig bestimmt, ist derzeit nicht möglich, wäre aber eine deutliche Verbesserung und würde einen Paradigmenwechsel in der Melanomdiagnostik einleiten. Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines neuen Geräts, mit dem erstmalig die Invasionstiefe und die Dignität von Läsionen präoperativ bestimmt werden können, so dass eine verlässliche Diagnose ermöglicht wird. Dazu sollen drei optische Modalitäten - Optische Kohärenztomographie (OCT), Optoakustik (OA) und Ramanspektroskopie (RS) - in einem bisher nicht realisierten, multimodalen Ansatz kombiniert, die erfassbaren Hautparameter ermittelt und ihre Aussagekraft für eine verbesserte Diagnostik erforscht werden. Weiterhin sollen die zugehörigen intelligenten, automatisierten Auswerteverfahren implementiert und die Funktionalität in Maus- und Patientenmes-sungen im Klinikumfeld validiert werden. Die Herausforderungen bestehen in (i) der Realisierung des bildgebenden, effizienten (< 15 min) Geräts, (ii) der verlässlichen Bestimmung der Invasionstiefe (bis 1,5 mm mit OCT bzw. mehrere Millimeter mit OA) mit ähnlicher Auflösung (<15 μm bzw. <30 μm), (iii) der Bestimmung der Dignität mit OCT (Morphologie) und RS (chemische Zusammensetzung) mit hoher Sensitivität (>90%) und Spezifität (>70%) sowie (iv) der Implementierung der datenbankbasierten Algorithmen, die multivariate Analyse, 3D Segmentierung und Deep Learning-Ansätze einsetzen. Am Ende der dreijährigen Förderung soll die Eignung des Geräts hinsichtlich Invasionstiefen- und Dignitätsbestimmung von Melanomen nachgewiesen werden. Die Kombination der Verfahren soll erstmalig eine optische Biopsie mit hoher Sensitivität und Spezifität ermöglichen und die Mela-nomdiagnostik signifikant beschleunigen. In einer möglichen zweijährigen Anschlussförderung soll die Eignung des Geräts in einer klinischen Pilotstudie nachgewiesen werden. Zudem kann das Potenzial hinsichtlich diagnostischer Kriterien für andere Krankheiten, etwa entzündliche Hautkrankheiten und weitere Hautkrebstypen, für klinische Verlaufsbeobachtungen sowie zur Mela-nomtherapiestudien untersucht werden.

• DFG-Verfahren: Neue Geräte für die Forschung
• Großgeräte: Abstimmbarer OPO-Anregungslaser ; Modulares OCT
• Gerätegruppe: 3230 Tomographie- und Schichtgeräte (Röntgen-) ; 5700 Festkörper-Laser