Eine neue Vision für die Ultraschallbildgebung

Jul 11, 2023

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Nicole Henning hatte nicht damit gerechnet, Expertin für Ultraschallbildgebung zu werden.

Bevor sie als Ultraschallforschungsspezialistin an der Preclinical Imaging and Testing (PI&T) Core Facility zum Koch Institute for Integrative Cancer Research am MIT kam, erwarb sie einen Abschluss in Tierwissenschaften und strebte danach, eine Veterinärschule zu besuchen. Stattdessen arbeitete sie in der Tierhaltung und bald auch im Facility- und Projektmanagement. Obwohl ihr die Arbeit Spaß machte, reichte sie nicht aus.

„Ich wollte mehr forschen und insbesondere bei der Forschung anderer Leute helfen“, sagt Henning. „Ich wollte etwas Neues ausprobieren. Ich wollte mehr Freiheit, um zu lernen, neue Dinge zu tun und auf meine eigene Art zu experimentieren.“

Virginia Spanoudaki, wissenschaftliche Leiterin des PI&T, hatte eine Vision für die Implementierung einer neuen Ultraschall-Bildgebungsmethode. Die Kernanlage verfügte über ein Ultraschallgerät, mit dem möglicherweise größere Mengen an weniger verzerrten Informationen über die Auswirkungen verschiedener Therapien auf Mausmodelle von Krebs erzeugt werden könnten als mit anderen Standard-Bildgebungsverfahren. Allerdings fehlte eine wichtige Zutat: engagiertes Forschungspersonal, das das System für Forschungszwecke bedienen und verbessern konnte.

Spanoudakis idealer Kandidat wäre jemand, der nicht nur Bildgebung erlernen könnte, sondern sich auch um Tiere kümmert und das Beste aus der Ultraschalltechnologie herausholen könnte. Das PI&T ist Teil des Robert A. Swanson (1969) Biotechnology Center (SBC), das Wissenschaftlern und Ingenieuren am Koch-Institut, der MIT-Gemeinschaft und darüber hinaus nicht nur Zugang zu hochspezialisierter Spitzentechnologie bietet, sondern auch bietet Fachkundige Beratung und Schulung, die Forschern dabei helfen, ihre Experimente so durchzuführen, dass die eingesetzte Technologie optimal genutzt wird, sowie Unterstützung bei der Analyse von Daten, dem Stellen neuer Fragen und der Planung der nächsten Experimente.

Hennings hohes Maß an Initiative und Motivation sowie die Bereitschaft, zu experimentieren und sich weiterzubilden, machten sie zur perfekten Ergänzung. Sie würde sehr schnell eine Expertin und Lehrerin für Ultraschallbildgebung werden.

„Es stellte sich heraus, dass es der perfekte Job war. Im Nachhinein fühle ich mich glücklich“, sagt Henning.

Ein Gefühl für die Technik bekommen

Unmittelbar nach seinem Eintritt bei PI&T im Jahr 2019 lernte Henning das Ultraschall-Bildgebungssystem kennen und bastelte daran herum. Obwohl sie keine technischen Vorkenntnisse hatte und eine steile Lernkurve vor sich hatte, suchte sie eine Ausbildung bei den Fujifilm-Spezialisten, die die Maschine bis ins Mark lieferten.

Bei der Ultraschallbildgebung werden Schallwellen verwendet, um Echtzeitbilder des Körpers aufzunehmen. In Krankenhäusern wird es häufig verwendet, um die Entwicklung des Fötus während der Schwangerschaft zu verfolgen oder um Krankheiten in verschiedenen Organen zu diagnostizieren. In der Krebsforschung kann Ultraschallbildgebung zur Untersuchung der Krebsentstehung oder zum Screening von Medikamenten auf ihre Wirkung auf Tumore oder Gewebe eingesetzt werden.

Henning beschloss, die Fähigkeiten des Ultraschalls noch einen Schritt weiter zu entwickeln, indem er die ultraschallgeführte Injektion (USGI) entwickelte, eine Technik, die zur Auslösung von Krankheiten zu Modellierungszwecken oder zur Verabreichung von Medikamenten in tiefe Gewebe genutzt werden kann. Bisher waren invasive Operationen erforderlich, um diese an so schwer zugängliche Gewebe im Körper zu bringen. Allerdings können solche Operationen zu einem Störfaktor bei Medikamententests und Krankheitsprozessen werden, da Immunreaktionen, die an der Heilung der Operationswunden beteiligt sind, den Krankheitsprozess oder die Wirksamkeit der getesteten Medikamente behindern oder verstärken können. Der wichtigste Fortschritt von USGI besteht darin, dass es sich um eine minimalinvasive Technik handelt, bei der Ultraschallbildgebung kombiniert wird, um das Innere des Körpers zu betrachten und präzise gezielte Injektionen in Gewebe durchzuführen, beispielsweise in die Lunge, die Leber oder die Bauchspeicheldrüse.

Laura Maiorino, Postdoktorandin im Koch-Institut-Labor von MIT-Professor Darrell Irvine, versuchte, lokale Therapien für Lungenkrebs im Frühstadium zu entwickeln, mit der Idee, Toxizität zu umgehen und gleichzeitig die Antitumorreaktion zu maximieren. Sie fragte sich: „Können wir Ultraschallführung nutzen, um unsere Therapien in die Lunge, in einen Tumor zu injizieren?“ Als sie sich mit dieser Frage an Henning wandte, kam die Antwort sofort: „Wir sollten es versuchen.“

„Und das war seitdem Hennings Antwort auf viele Fragen“, sagt Maiorino.

Nachdem Henning und Maiorino monatelang die spärliche Literatur zu diesem Thema durchforstet und praktische Verbesserungen vorgenommen hatten, entwickelten sie erfolgreich eine Präzisionsmethode zur Abgabe von Nutzlasten an eine Zielregion in der Lunge – eine Technik, die es Wissenschaftlern ermöglicht, lokale Behandlungen für Lungenkrebs präklinisch zu testen. Maiorino glaubt, dass „Hennings direkter Einfluss auf die Entwicklung eines neuen therapeutischen Ansatzes auf dem Weg zu Tests am Menschen so schnell eine wirklich außergewöhnliche Leistung ist.“

Liang Hao, früher Postdoktorand und jetzt Gastwissenschaftler im Labor von MIT-Professorin Sangeeta Bhatia am Koch-Institut, arbeitete auch mit Henning zusammen, um die USGI-Technik auf Krebs anzuwenden, in diesem Fall bei der Entwicklung von Metastasierungsmodellen für Darmkrebs für Arzneimittelscreenings. Vor der Verwendung der USGI-Technik von Henning war die Entwicklung solcher Modelle auf invasive und zeitaufwändige chirurgische Methoden angewiesen. Gemeinsam mit Hao konnte Henning die Zeit um über 90 Prozent verkürzen.

„Nicole ist in unserer Studie keine Ultraschallexpertin“, sagt Hao. „Sie ist nicht nur die treibende Kraft hinter den Experimenten, sondern bringt auch aktiv brillante Ideen ein, die die Wissenschaft deutlich stärken.“ Wir haben das Glück, sie in der Kerneinrichtung zu haben und zu unserem Forschungsprojekt beizutragen.“

Ein Modell der Innovation

Nachdem die USGI-Technik einmal entwickelt worden war, hätte es für Henning einfach eine gute Arbeit sein können. Durch Kontaktaufnahme mit Wissenschaftlern, die am Koch-Institut arbeiten, und durch Präsentationen auf dem Nationalen Treffen der American Association for Laboratory Animal Science im letzten Jahr arbeitet Henning daran, USGI jedem Wissenschaftler, der davon profitieren kann, leicht zugänglich zu machen. In naher Zukunft wird sie die Technikprotokolle auch auf einer Open-Access-Website veröffentlichen, um sie frei verfügbar zu machen.

„Ihre Macher-Einstellung und ihr ansteckender Enthusiasmus haben mehrere neue Anwender für diesen minimalinvasiven Ansatz angezogen, der sich zum Goldstandard für die Krankheitsmodellierung entwickeln wird“, sagt Maiorino.

Hennings gemeinsame Forschungsbemühungen wurden am 8. Juni mit dem MIT Excellence Award 2023 gewürdigt, bei dem ihr die Auszeichnung von Bundeskanzlerin Melissa Nobles in der Kategorie „Innovative Lösungen: Zusammenarbeit für Ergebnisse“ überreicht wurde. Mit dieser Auszeichnung werden jährlich außergewöhnliche Mitarbeiter am MIT geehrt, die dabei helfen, neuartige Lösungen für Herausforderungen zu entwickeln und Veränderungen als Wachstumschancen zu nutzen.

„Henning bietet nicht nur Service, sie bietet engagierte Zusammenarbeit“, sagt Spanoudaki. „Die charakteristische ‚Can-do‘-Einstellung des MIT wird von Henning gut verkörpert. Durch aktive Zusammenarbeit, angetrieben von Neugier und Beharrlichkeit, hat Henning eine Technologie entwickelt, die einen Paradigmenwechsel im Bereich der Krankheitsmodellierung und des Arzneimittelscreenings ausgelöst hat. Ihre Begeisterung für den Austausch mit anderen unterstreicht die Stärke akademischer Umgebungen, insbesondere am SBC, wo Zusammenarbeit und Konvergenz wirkungsvolle Wissenschaft schaffen.“

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