Wenn wir uns in den Finger schneiden oder eine größere Verletzung erleiden, sehen wir nur, was an der Oberfläche geschieht. Die Haut schließt sich allmählich, die Narbe verblasst. Doch was passiert tief darunter? Bis vor Kurzem konnten Ärzte das nur herausfinden, indem sie Gewebe herausschnitten und ins Labor schickten. Eine Biopsie ist schmerzhaft, invasiv und beeinträchtigt genau die Stelle, die eigentlich in Ruhe gelassen werden sollte.
Und genau dieses Problem wollte ein Team der Duke University in Zusammenarbeit mit Forschern der Nokia Bell Labs lösen.
Ein Auge, das durch die Haut sieht
Die Technologie hinter dem gesamten Projekt heißt OCT, also optische Kohärenztomografie. Die meisten Menschen haben noch nie davon gehört, dabei wird sie von Augenärzten seit Jahren routinemäßig eingesetzt. Sie senden einen Lichtstrahl ins Auge und erhalten detaillierte 3D-Aufnahmen der Netzhaut zurück. Im Grunde wie Ultraschall, nur dass dabei Licht statt Schall verwendet wird.
Die Wissenschaftler der Duke University fragten sich: Warum nicht dasselbe bei Hautwunden tun? Sie griffen das Prinzip der OCT auf, bauten ein eigenes Gerät und richteten es auf das heilende Gewebe von Mäusen. Ohne Schnitt, ohne Nadel und ohne den Heilungsprozess zu beeinträchtigen. Und das Ergebnis? Zum ersten Mal überhaupt konnten sie beobachten, wie sich unter der Haut neues Gewebe bildet, wie Blutgefäße wachsen und wie sich die Durchblutung verändert. Und das wiederholt über einen Zeitraum von zwei Wochen an derselben Stelle.
Wo künstliche Intelligenz ins Spiel kommt
Die Aufnahmen allein reichen jedoch nicht aus. Die OCT erzeugt enorme Mengen komplexer Daten, und das menschliche Gehirn ist schlicht nicht in der Lage, schnell und objektiv auszuwerten, was genau darauf zu sehen ist. Hier kamen die KI-Modelle der Nokia Bell Labs ins Spiel.
Die Forscher trainierten die künstliche Intelligenz mit Daten direkt aus dem Labor von Professorin Sharon Gerecht, die sich seit über zehn Jahren mit der Heilung von Gewebe beschäftigt. Die KI lernte, Strukturen im Gewebe zu erkennen, Veränderungen der Durchblutung zu verfolgen und automatisch zu messen, wie schnell und wie gut die Wunde heilt. „Die KI half uns, Veränderungen präzise zu verfolgen und objektivere Ergebnisse zu erzielen, anstatt zu versuchen, die Aufnahmen manuell zu analysieren", sagt Jiyeon Song, Postdoktorandin im Labor von Gerecht und Mitautorin der Studie.
Das ist ein großer Unterschied. Statt Eindrücken und subjektiven Bewertungen erhält man belastbare Zahlen. Das ist sowohl in der Forschung als auch in der klinischen Praxis Gold wert.
Festeres Hydrogel sorgt für eine bessere Heilung
Das Team verfolgte jedoch noch ein zweites Ziel: Es wollte ein Hydrogel testen, an dem das Labor von Gerecht als neue Behandlungsmethode arbeitet. Ein Hydrogel ist eine gelartige Substanz, die in die Wunde eingebracht wird und den Heilungsprozess steuern soll. Die Wissenschaftler verglichen zwei Versionen: eine weichere und eine festere Variante.
Die Ergebnisse waren überraschend. Das festere Hydrogel trug dazu bei, schneller Granulationsgewebe zu bilden, also jene erste, vorläufige Füllung der Wunde, und wandelte es zugleich schneller in vollwertiges, regeneriertes Gewebe um. Die weichere Variante funktionierte zwar ebenfalls, doch die Blutgefäße strukturierten sich darin langsamer um, was auf eine langsamere Heilung hindeutet.
Ohne die Kombination aus OCT und KI wären diese Unterschiede äußerst schwer zu erfassen gewesen. Herkömmliche Methoden hätten regelmäßige Biopsien erfordert, von denen jede den Heilungsprozess beeinträchtigt hätte, und die Daten wären dennoch nicht so präzise gewesen.
Die Forschung steht erst am Anfang
Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Cell Biomaterials veröffentlicht und erregte sofort Aufmerksamkeit. Kein Wunder.
Chronische Wunden, etwa diabetische Fußgeschwüre, sind ein Albtraum der modernen Medizin. Sie heilen schlecht, langsam oder gar nicht. Ärzte beurteilen sie überwiegend visuell und messen ihren Umfang. Keine Tiefeninformationen, keine Erkenntnisse darüber, was im Inneren des Gewebes geschieht. Gerecht und ihr Team planen nun, die Forschung genau in diese Richtung auszuweiten. Sie wollen dem System nicht nur beibringen, zu verfolgen, wie eine Wunde heilt, sondern auch vorherzusagen, wie sie heilen wird. Bei Diabetespatienten könnte dies bedeuten, Probleme frühzeitig zu erkennen, noch bevor sich die Wunde verschlechtert.
Die Plattform wurde bislang an einem Mausmodell eingesetzt, und bis zur klinischen Anwendung beim Menschen ist es noch ein weiter Weg. Doch die Grundlage ist gelegt. Licht, Algorithmen und ein intelligentes Hydrogel haben gemeinsam gezeigt, dass wir nicht einfach nur auf die Heilung von Wunden warten müssen. Wir können sie beobachten, messen und steuern. Und das ist etwas, wovon Ärzte vor wenigen Jahren nicht einmal zu träumen gewagt hätten.
