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Neues Projekt zielt darauf ab, Quantensensoren zur Verbesserung der Hirntumorchirurgie zu entwickeln

Die Entfernung eines Hirntumors stellt Chirurgen vor besondere Herausforderungen: Sie müssen den Tumor entfernen, ohne gesundes Hirngewebe zu schädigen. Unter anderem ist es wichtig, den motorischen Kortex im Auge zu behalten, der für die Bewegung verantwortlich ist. Wird beispielsweise eine Nervenbahn, die von dort zum Arm führt, durchtrennt, kann der Patient diesen Arm nach der Operation nicht mehr bewegen. Eine entsprechende Diagnostik hilft bereits, solche Nervenbahnen und Hirnregionen zu identifizieren und zu schonen.

DiaQNOS: Vorzeigeprojekt in der Quantensensorik

In Zukunft soll die Quantensensorik die Zuordnung von Funktionen zu bestimmten Hirnarealen weiter verbessern – über neue Diagnosegeräte, die unter anderem die Neuronavigation verfeinern. Daran arbeitet ein Konsortium der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und des Helmholtz-Instituts Mainz (HIM) im neuen Projekt DiaQNOS gemeinsam mit verschiedenen Partnern aus Forschung, Medizin und Industrie. Das im Oktober 2022 gestartete fünfjährige Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit insgesamt knapp 11 Millionen Euro gefördert. Die Universität Mainz als Projektleiter erhält 1,5 Millionen Euro.

Die Basis für das DiaQNOS-Projekt wurde durch das Verbundprojekt BrainQSens gelegt, in dem auch die JGU vertreten war. Das BrainQSens-Konsortium hat hochempfindliche Magnetsensoren entwickelt, die eine verbesserte medizinische Diagnostik ermöglichen.

„In diesem Vorzeigeprojekt Quantensensorik konnten wir die Magnetfeldsensorik bereits so weit verbessern, dass damit prinzipiell Magnetfelder des Gehirns erfasst werden können“, erklärt Dr. Arne Wickenbrock von JGU und HIM , der das gemeinsame Projekt koordiniert. „Jetzt geht es darum, die nächsten Schritte auf dem Weg zur medizinischen Anwendung zu gehen und die Quantensensorik für die Gesellschaft nutzbar zu machen.“ Diesem Anwendungsfokus trägt das DiaQNOS-Konsortium dadurch Rechnung, dass neben Neurochirurgen des Universitätsklinikums Freiburg, also den späteren Anwendern der Technologie, auch der Medizingerätehersteller inomed Medizintechnik GmbH vertreten ist. Darüber hinaus bringen die Sacher Lasertechnik GmbH und die TTI GmbH als Unternehmen mit Erfahrung in der Kommerzialisierung von Neuentwicklungen ihr Know-how ein.

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Über einen Zeitraum von drei Jahren soll ein für den Einsatz in der Chirurgie geeignetes Gerät entwickelt werden, gefolgt von zwei Jahren medizinischer Forschung. Unter anderem werden erstmals Hirngewebeproben aus einer Gewebebank in Freiburg auf ihre magnetischen Eigenschaften untersucht, insbesondere im Hinblick auf neue diagnostische Möglichkeiten von Hirntumoren.

Mainzer Expertise beim Bau eines Quantensensors

Die Forscher der Universität Mainz und des HIM widmen sich unter anderem dem Bau des Quantensensors. Die Forschungsgruppe von Professor Dmitry Budker hat die Magnetographie als Kernkompetenz in Mainz über die Jahre gestärkt und er selbst wird seine Expertise in das Projekt einbringen.

Diese Quantensensoren basieren auf Stickstoffleerstellen in Diamanten, dh im Diamanten eingeschlossene Magnetfeldsensoren im Nanomaßstab. In einer dünnen Diamantschicht kann eine große Anzahl dieser Magnetfeldsensoren vorhanden sein. Dadurch ist es uns möglich, ein magnetisches Bild des Objekts zu erstellen, das der Sensor sieht.“

Dr. Arne Wickenbrock von der JGU und HIM

Die Nervenkommunikation im menschlichen Körper funktioniert über elektrische Ladungen, die durch die Nervenbahnen flitzen. Jede bewegte Ladung erzeugt ein Magnetfeld, so dass es im menschlichen Körper zahlreiche Magnetfelder gibt, auch im Gehirn. Der Sensor soll diese erkennen und analysieren und den Chirurgen so mehr über die Funktion der jeweiligen Hirnareale verraten. Ärzte können so den Schnittverlauf präziser und patientenschonender planen.

Quelle:

Mainzer Universität

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