Im Modul Labor werden Ansätze erarbeitet, um eine umfassende, hoch-effiziente, KI-gestützte und zum Teil automatisierte Charakterisierung von Tumorbiopsaten und Resektaten zu erreichen. Dies dient dem Ziel, die Heterogenität der Erkrankung zu charakterisieren, zu quantifizieren und somit in der nachfolgenden Therapie optimal und an die einzelne Läsion angepasst adressieren zu können. Dies umfasst die Beschleunigung, Vervollständigung und systematische Untersuchung aller potentiell klinisch relevanten Gewebeparameter von Biopsien und Resektaten sowie die automatisierte Erfassung, Beurteilung und Digitalisierung der Daten als zusätzliche Information für das Tumorboard mittels vollständiger pathologischer Untersuchung des Humangewebes inklusive fachärztlicher Befundung und vollständiger Digitalisierung der Daten. Dies wird ergänzt durch zum einen mit modernsten Methoden der bildgebenden Multiplex-Immunhistochemie-Massenspektrometrie für die feingewebliche Charakterisierung maligner Läsionen und deren Evaluierung und Validierung für den klinischen Routineeinsatz im Rahmen einer Klinischen Studie.
Die Massenspektrometrie erlaubt dabei eine schnelle Gewebeklassifizierung innerhalb der interventionellen Radiologie und eine Tumor(sub)klassifizierung eine zielgerichtete Therapieentscheidung. Hierfür werden auch optimal angepasste Antikörper entwickelt, um das klinisch relevante Spektrum der Anwendungen abzudecken. Zum anderen wird eine weitere Ergänzung der konventionellen pathologischen Befundung durch neuartige Methoden der Gewebepräparation, optischen Bildgebung und automatisierten KI-basierten Bildanalyse eingesetzt, um repräsentative Einblicke in die Dichteverteilung von Tumorzellen zu erhalten. Hierfür werden die Proben als Ganzes untersucht, um die Zellstratifizierung und die Verteilung der relevanten Parameter innerhalb der Läsion zu untersuchen und eine solide Datenbasis zu erarbeiten, wie viele Gewebeschnitte für eine solide pathologische Befundung benötigt werden. Außerdem werden im Modul Labor auch Tumor-spezifische nuklearmedizinische Diagnostika und Therapieoptionen sowie deren Automatisierung erforscht und stehen bei Passgenauigkeit zum Profil der Tumorläsionen für die Endoradiotherapie der Herde zur Verfügung.
Im klinischen Routinekontext der pathologischen Befundung wird das dem Patienten/der Patientin entnommene Humangewebe mittels Standardverfahren hinsichtlich relevanter Parameter gemäß Leitlinien im Regelfall innerhalb einer Woche charakterisiert, der Befund erstellt und anschließend dem Tumorboard zur Verfügung gestellt. Die Analysen umfassen dabei einzelne, ausgewählte zu untersuchende Parameter, deren Relevanz aufgrund von Studien bereits nachgewiesen wurde. Im Rahmen des M²OLIE-Closed-Loop-Prozesses soll der fachärztliche Befund jedoch innerhalb von Stunden nach Probennahme zur Verfügung stehen und die Analyse und Auswertung soll möglichst viele potentiell relevante Parameter umfassen, die eine bessere Beurteilung der Erkrankung / einzelnen Läsion erlauben, um eine optimal angepasste Therapieentscheidung für den einzelnen Patienten/die Patientin treffen zu können. Die wissenschaftlichen und technischen Arbeitsziele umfassen daher zum einen die hoch-effiziente und teilweise automatisierte Charakterisierung der gewonnenen Biopsate auch hinsichtlich deutlich mehr als der üblicherweise untersuchten Parameter mit dem Ziel der umfassenden und somit vollständigen Charakterisierung der einzelnen Läsionen. Dies zielt, wie auch in den anderen Bereichen des Forschungscampus, auf die Adressierung der Tumorheterogenität ab, die die Basis für die Beherrschung einer oligometastasierten Tumorerkrankung darstellt. Ebenso wird die automatisierte Erfassung, Beurteilung und Digitalisierung der Daten als zusätzliche Information für das Tumorboard mittels vollständiger pathologischer Untersuchung des Humangewebes inklusive fachärztlicher Befundung und Digitalisierung der Daten erarbeitet.
Zur Unterstützung der pathologischen Befundung wird evaluiert, welches Ausmaß an Tumorheterogenität die M²OLIE -relevanten Läsionen aufweisen. Dazu werden neuartige Methoden der Gewebepräparation, optischen Bildgebung und automatisierten KI-basierten Bildanalyse entwickelt und eingesetzt, um repräsentative Einblicke in die Dichteverteilung von Tumorzellen zu erhalten. Zentral hierbei ist, dass die Gewebeproben als Ganzes erhalten bleiben und damit die Zellstratifizierung und Verteilung von Tumorherden mit hoher Teilungsaktivität sichtbar werden. Daraus lässt sich unter anderem ableiten, welche Minimalzahl an regulären Gewebeschnitten für eine solide pathologische Befundung benötigt wird. Dies erhöht die diagnostische Sicherheit und vermindert gegebenenfalls den mit der üblichen Befundung einhergehenden Arbeits- und damit Zeitaufwand bei gleichbleibender diagnostischer Qualität.
Im Zuge der molekularen Medizin soll mittels bildgebender, massenspektrometrischer Verfahren in Zusammenarbeit mit dem Firmenpartner PROGEN Biotechnik der Einsatz der Multiplex-Immunhistochemie-Massenspektrometrie für die gewebliche Charakterisierung maligner Läsionen erforscht und für den klinischen Routineeinsatz im Rahmen einer Klinischen Studie evaluiert und validiert werden. Dies hat zwei Implikationen für den M²OLIE-Closed-Loop-Prozess. Zum einen kann auf Basis einer Tumor(sub)klassifizierung eine zielgerichtete Therapieentscheidung zur Verbesserung der Patientenversorgung getroffen werden. Hierzu werden in der Multiplex-Immunhistochemie-Massenspektrometrie, falls entsprechend geeignete Antikörper zur Verfügung stehen, simultan – nach der Biopsieentnahme – eine Vielzahl von Biomarkern an einem einzelnen Gewebeschnitt ausgelesen und deren Co-lokalisation im Gewebe analysiert und interpretiert. Zum anderen lässt sich der Ansatz als diagnostisches Werkzeug im Zuge der molekularen Medizin anwenden, um eine schnelle Gewebeklassifizierung innerhalb der interventionellen Radiologie zu ermöglichen. Diese dient zur Targetcharakterisierung von theranostischen Liganden, welche nachfolgend als Therapeutika zielgerichtet und tumorspezifisch eingesetzt werden könnten. Somit steht zukünftig der M²OLIE-Klinik eines der modernsten biomedizinischen Analyseverfahren zur Gewebsdiagnostik zur Verfügung.
Derzeit sind unzureichend viele und optimal angepasste Tumor-spezifische Radiopharmaka für die sensitive und spezifische bildgebende Darstellung der Zielläsionen mittels PET und deren hoch-effiziente zielgerichtete Therapie mittels Endoradiotherapeutika verfügbar. Idealerweise sollten diese theranostischen Radiopharmaka auch in der Lage sein, die Heterogenität der Tumorerkrankung zu adressieren und zu überwinden. Im Rahmen dieser Arbeiten werden daher zunächst neue Radiopharmaka zur vollständigen und hoch-sensitiven bildgebenden Darstellung und Charakterisierung von Tumorherden erforscht und die gewonnenen Erkenntnisse auf die Entwicklung an die Erkrankung angepasster entsprechender Endoradiotherapeutika (insbesondere α-Strahler-basiert auf der Grundlage von Antikörpern, deren Fragmenten und nanopartikulären Systemen) übertragen sowie in Zusammenarbeit mit dem Firmenpartner Elysia deren GMP-konforme automatisierte Herstellung für die klinische Anwendung erforscht.
