Mit Quantensensorik zu besseren Hirntumor-Operationen

Quantentechnologie auf dem Weg in die Gesellschaft:

Im Verbundprojekt DiaQNOS entwickeln Forschende der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und des Helmholtz-Instituts Mainz (HIM) Quantensensoren, die Hirntumor-Operationen verbessern sollen.

Einen Hirntumor zu entfernen, stellt Chirurgen vor besondere Herausforderungen: Sie müssen den Tumor beseitigen, ohne jedoch gesundes Hirngewebe zu beschädigen. Unter anderem gilt es, den Motorkortex im Blick zu haben, der für Bewegung verantwortlich ist: Führt beispielsweise eine Nervenbahn von diesem zum Arm, darf sie nicht durchtrennt werden – ansonsten wird der Patient den Arm nach der Operation nicht mehr bewegen können. Entsprechende Diagnostik hilft bereits heute dabei, solche Nervenbahnen und Hirnregionen zu erkennen und zu schonen.

DiaQNOS: Leuchtturmprojekt der Quantensensorik

Künftig soll die Quantensensorik die Zuordnung von Funktionen zu gewissen Hirnarealen noch einmal verbessern – über neue diagnostische Geräte, die unter anderem die Neuronavigation verfeinern. Daran arbeitetet ein Konsortium von der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und des Helmholtz-Instituts Mainz (HIM) im Projekt DiaQNOS gemeinsam mit verschiedenen Partnern aus Forschung, Medizin und Industrie. Gefördert wird das fünfjährige Projekt, das im Oktober 2022 gestartet ist, vom Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF mit insgesamt knapp elf Millionen Euro, die JGU erhält als Projektleiterin 1,5 Millionen Euro.

Die Basis für das Projekt legte das Verbundprojekt BrainQSens: Hier entwickelte ein Konsortium, mit dabei die JGU, hochempfindliche Magnetsensoren, die eine verbesserte medizinische Diagnostik ermöglichen. „In diesem Flaggschiff der Quantensensorik konnten wir die Magnetfeldsensorik bereits so weit verbessern, dass damit prinzipiell magnetische Felder des Gehirns registriert werden können“, erläutert Dr. Arne Wickenbrock von der JGU bzw. dem HIM, der das Verbundprojekt koordiniert. „Nun geht es darum, die nächsten Schritte auf dem Weg zur medizinischen Anwendung zu gehen und die Quantensensorik für die Gesellschaft nutzbar zu machen.“ Das Konsortium spiegelt diesen Anwendungsbezug wider: Mit dabei sind nicht nur Neurochirurgen des Universitätsklinikums Freiburg – also die späteren Nutzer der Technologie –, sondern auch der medizinische Gerätebauer inomed Medizintechnik GmbH.

Des Weiteren bringen die Sacher Lasertechnik GmbH sowie die TTI GmbH ihre Kompetenz ein, also Unternehmen, die Erfahrung auf dem Weg zur Vermarktung neuer Entwicklungen mitbringen. Drei Jahre lang soll ein OP-taugliches Gerät entwickelt werden, anschließend stehen zwei Jahre medizinische Forschung auf dem Programm. Dabei steht unter anderem auf der Agenda, Hirngewebe aus einer Gewebedatenbank in Freiburg erstmalig auf ihre magnetischen Eigenschaften zu untersuchen – vor allem im Hinblick auf neue diagnostische Möglichkeiten für Hirntumore.

Beitrag der JGU
Die Forschenden der JGU und des HIM widmen sich unter anderem dem Bau des Quantensensors, schließlich hat die Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Dmitry Budker die Magnetographie als Kernkompetenz in Mainz gestärkt, auch lässt er seine Kompetenz in das Projekt mit einfließen. „Diese Quantensensoren beruhen auf Stickstoff-Fehlstellen in Diamanten – Magnetfeldsensoren im Nanomaßstab, die im Diamanten eingeschlossen sind. In einer dünnen Schicht aus Diamant kann eine riesige Anzahl dieser Magnetfeldsensoren existieren. Somit wird es uns möglich, ein magnetisches Bild von dem Objekt zu erzeugen, das der Sensor sieht“, erläutert Wickenbrock. Die Nervenkommunikation im menschlichen Körper funktioniert über elektrische Ladungen, die durch die Nervenbahnen sausen. Nun erzeugt jede bewegte Ladung ein Magnetfeld – es gibt also zahlreiche magnetische Felder im menschlichen Körper, so auch im Gehirn. Diese soll der Sensor erkennen und analysieren und den Chirurgen auf diese Weise mehr über die Funktion der jeweiligen Hirnareale verraten. Somit können die Mediziner den Schnittweg genauer und patientenschonender planen.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dr. Arne Wickenbrock
Institut für Physik
Johannes Gutenberg-Universität Mainz
sowie
Helmholtz-Institut Mainz
55099 Mainz
Tel. +49 6131 39 29636
E-Mail: wickenbr@uni-mainz.de
https://personen.uni-mainz.de/public/person/4092

Weitere Informationen:

https://budker.uni-mainz.de// – Arbeitskreis Prof. Dr. Dmitry Budker
https://www.quantentechnologien.de/artikel/neues-projekt-im-oktober.html
https://www.quantentechnologien.de/forschung/foerderung/leuchtturmprojekte-der-q…

https://www.uni-mainz.de/presse/aktuell/16546_DEU_HTML.php