Dieser kleine Ultraschall-Aufkleber überwacht den Körper

Ultraschall-Untersuchungen bringen zwei große Vorteile mit sich: Zum einen lässt sich vor allem weiches Gewebe auf diese Weise gut abbilden. Zum anderen werden die Patienten und Patientinnen dabei keiner gesundheitsschädlichen Strahlenbelastung ausgesetzt. Im Prinzip wäre es daher möglich, Ultraschall sogar permanent einzusetzen, um Organe dauerhaft zu überwachen – genau das testen Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen vom Massachusetts for Technology (MIT) gemeinsam mit Kollegen und Kolleginnen von der University of Southern California (USC). Sie haben einen Aufkleber entwickelt, der über einen Sensor Schallwellen in den Körper sendet. Die reflektierten Wellen werden direkt im Aufkleber gemessen und analysiert. In bestimmten Situationen könnte diese Innovation als Frühwarnsystem eingesetzt werden – und Leben retten.

„Wenn bestimmte Organe erkranken, können sie sich mit der Zeit versteifen“, sagt Xuanhe Zhao, Professor für Maschinenbau am MIT. „Mit diesem tragbaren Aufkleber können wir Veränderungen der Steifigkeit über lange Zeiträume hinweg kontinuierlich überwachen, was für die Frühdiagnose des Versagens innerer Organe von entscheidender Bedeutung ist.“

Ultraschall zur Überwachung von Organen

Der Körper ist ein geschmeidiges System. Im Laufe des Alters nimmt seine Flexibilität allerdings ab, und das betrifft nicht nur die Muskeln und Gelenke – beim morgendlichen Aufstehen ist das meist besonders gut spürbar. Auch Gewebe und Organe werden steifer, was sich durch verschiedene Erkrankungen noch verstärken kann. Eine plötzliche Steifigkeit ist häufig ein Hinweis auf große gesundheitliche Probleme oder sogar ein drohendes Versagen der betreffenden Organe.

Ärzte und Ärztinnen messen daher bei Bedarf die Steifigkeit von Organen wie Nieren und Leber mit einem speziellen Verfahren, Ultraschall-Elastografie genannt. Bei dieser Technik fahren Fachleute mit einer Sonde über die Haut. Das Ergebnis ähnelt der Ultraschall-Bildgebung: Die Sonde sendet Schallwellen durch den Körper, die die inneren Organe in leichte Schwingungen versetzen und diese Wellen zurücksenden. Die Sonde misst die von einem Organ ausgelösten Schwingungen, und aus dem Muster der Schwingungen lässt sich ableiten, wie flexibel oder steif ein Organ ist.

Die Ultraschall-Elastografie wird zum Beispiel auf Intensivstationen eingesetzt, um Patienten und Patientinnen zu überwachen, die kürzlich über eine Transplantation ein neues Organ erhalten haben. „Nach einer Organtransplantation sind die ersten 72 Stunden auf der Intensivstation am wichtigsten“, sagt Qifa Zhou, Professor an der USC. „Man kann aber nicht dauerhaft eine Sonde über den Körper halten. Das heißt, die Ärzte und Ärztinnen könnten einen entscheidenden Moment verpassen und zu spät erkennen, dass das Organ versagt.“

Ultraschall-Aufkleber imitiert die Sonden-Technologie

Die Lösung ist ein kleiner Aufkleber, der nach folgendem Prinzip funktioniert: Bestehende Ultraschall-Elastrographie-Sonden messen Scherwellen oder die Vibration eines Organs als Reaktion auf Schallimpulse. Je schneller sich eine Scherwelle in einem Organ ausbreitet, desto steifer ist demnach das Organ. Das Team versuchte, die Ultraschall-Elastographie so zu miniaturisieren, dass sie auf einen briefmarkengroßen Aufkleber passt. Außerdem sollte die Empfindlichkeit kommerzieller Handsonden beibehalten werden, die in der Regel etwa 128 piezoelektrische Wandler enthalten, von denen jeder ein eintreffendes elektrisches Feld in ausgehende Schallwellen umwandelt.

Im Ergebnis stellten die Forschenden 128 Miniaturwandler her, die sie auf einem 25 Millimeter großen Chip anbrachten. Die Unterseite des Chips klebten sie mit einem Klebstoff aus Hydrogel auf, da dieses dehnbare Material die Schallwellen nicht behindert.

Ultraschall-Aufkleber für zu Hause ist in Planung

In ersten Experimenten testete die Forschenden den Ultraschall-Aufkleber an Ratten. Nach ihren eigenen Angaben war eine kontinuierliche Messung über 48 Stunden möglich, die zuverlässige Ergebnisse lieferte – zeigte der Aufkleber eine zunehmende Steifigkeit an, konnte das drohende Leberversagen über Gewebeproben bestätigt werden.

Jetzt passen die Forschenden den Aufkleber für die Anwendung bei Menschen an. Außerdem planen sie bereits einen weiteren Schritt. Sie möchten zusätzlich eine geschlossene Version entwickeln, bei der die gesamte begleitende Elektronik und Verarbeitung so miniaturisiert ist, dass sie in ein großes Pflaster – für die Anwendung zu Hause. Diese dürfte vor allem Personen mit chronisch erkrankten zugute kommen.