Das neue Gerät, das in einen BH integriert werden kann, könnte eine häufigere Überwachung von Patientinnen mit hohem Brustkrebsrisiko ermöglichen.

Wenn Brustkrebs im frühesten Stadium diagnostiziert wird

Am Krankenbett ihrer Tante entwarf Dagdeviren, damals Postdoc am MIT, einen groben Plan für ein Diagnosegerät, das in einen BH eingebaut werden könnte und ein häufigeres Screening von Frauen mit hohem Brustkrebsrisiko ermöglichen würde.

Wenn Brustkrebs im frühesten Stadium diagnostiziert wird, liegt die Überlebensrate bei nahezu 100 Prozent. Bei Tumoren, die in späteren Stadien entdeckt werden, sinkt diese Rate jedoch auf etwa 25 Prozent.

In der Hoffnung, die Gesamtüberlebensrate von Brustkrebspatientinnen zu verbessern, haben MIT-Forscher ein tragbares Ultraschallgerät entwickelt, mit dem Menschen Tumore erkennen können, wenn sie sich noch in einem frühen Stadium befinden. Insbesondere könnte es für Patientinnen wertvoll sein, die ein hohes Risiko haben, zwischen routinemäßigen Mammographien an Brustkrebs zu erkranken.

Das Gerät ist ein flexibles Pflaster, das an einem BH befestigt werden kann und es der Trägerin ermöglicht, einen Ultraschall-Tracker entlang des Pflasters zu bewegen und das Brustgewebe aus verschiedenen Blickwinkeln abzubilden. In der neuen Studie zeigten die Forscher, dass sie Ultraschallbilder mit einer Auflösung erhalten können, die mit der der Ultraschallsonden vergleichbar ist, die in medizinischen Bildgebungszentren verwendet werden.

„Wir haben den Formfaktor der Ultraschalltechnologie so geändert, dass sie in Ihrem Zuhause eingesetzt werden kann. Es ist tragbar und einfach zu bedienen und ermöglicht eine benutzerfreundliche Überwachung des Brustgewebes in Echtzeit“, sagt Canan Dagdeviren, außerordentliche Professorin am Media Lab des MIT und leitende Autorin der Studie.

Die MIT-Doktorandin Wenya Du, die Forscherin Lin Zhang, Emma Suh ’23 und Dabin Lin, Professor an der Technologischen Universität Xi’an, sind die Hauptautoren der Studie, die heute in Science Advances erscheint.

Eine tragbare Diagnose

Für dieses Projekt ließ sich Dagdeviren von ihrer verstorbenen Tante Fatma Caliskanoglu inspirieren, bei der im Alter von 49 Jahren Brustkrebs im Spätstadium diagnostiziert wurde, obwohl sie sich regelmäßigen Krebsvorsorgeuntersuchungen unterzogen hatte, und die sechs Monate später verstarb. Am Krankenbett ihrer Tante entwarf Dagdeviren, damals Postdoc am MIT, einen groben Plan für ein Diagnosegerät, das in einen BH eingebaut werden konnte und ein häufigeres Screening von Personen mit hohem Brustkrebsrisiko ermöglichen würde.

Brusttumoren, die sich zwischen den regelmäßig geplanten Mammographien entwickeln – bekannt als Intervallkrebs – machen 20 bis 30 Prozent aller Brustkrebsfälle aus, und diese Tumoren sind in der Regel aggressiver als diejenigen, die bei Routineuntersuchungen gefunden werden.

„Mein Ziel ist es, die Menschen anzusprechen, die am ehesten an Intervallkrebs erkranken“, sagt Dagdeviren, dessen Forschungsgruppe sich auf die Entwicklung tragbarer elektronischer Geräte spezialisiert hat, die sich dem Körper anpassen. „Mit häufigeren Screenings ist es unser Ziel, die Überlebensrate auf bis zu 98 Prozent zu erhöhen.“

Um ihre Vision eines diagnostischen BHs Wirklichkeit werden zu lassen, entwarf Dagdeviren ein miniaturisiertes Ultraschallgerät, mit dem der Benutzer jederzeit Bildgebung durchführen konnte. Dieser Scanner basiert auf der gleichen Art von Ultraschalltechnologie, die in medizinischen Bildgebungszentren verwendet wird, enthält jedoch ein neuartiges piezoelektrisches Material, das es den Forschern ermöglichte, den Ultraschallscanner zu miniaturisieren.

Um das Gerät tragbar zu machen, entwarfen die Forscher ein flexibles, 3D-gedrucktes Pflaster mit wabenartigen Öffnungen. Mit Hilfe von Magneten kann dieses Pflaster an einem BH befestigt werden, der Öffnungen hat, die es dem Ultraschallgerät ermöglichen, mit der Haut in Kontakt zu kommen. Das Ultraschallgerät passt in einen kleinen Tracker, der in sechs verschiedene Positionen bewegt werden kann, so dass die gesamte Brust abgebildet werden kann. Der Scanner kann auch gedreht werden, um Bilder aus verschiedenen Winkeln aufzunehmen, und erfordert keine besonderen Fachkenntnisse für die Bedienung.

„Diese Technologie bietet eine grundlegende Fähigkeit zur Erkennung und Früherkennung von Brustkrebs, was der Schlüssel zu einem positiven Ergebnis ist“, sagt Anantha Chandrakasan, Dekan der School of Engineering des MIT, Vannevar Bush Professor für Elektrotechnik und Informatik und einer der Autoren der Studie. „Diese Arbeit wird die Ultraschallforschung und die Entwicklung medizinischer Geräte erheblich voranbringen, indem sie Fortschritte bei Materialien, Schaltkreisen mit geringem Stromverbrauch, KI-Algorithmen und biomedizinischen Systemen nutzt.“

Früherkennung

In Zusammenarbeit mit dem MIT Center for Clinical and Translational Research testeten die Forscher ihr Gerät an einer menschlichen Probandin, einer 71-jährigen Frau mit Brustzysten in der Vorgeschichte. Mit dem neuen Gerät konnten die Forscher die Zysten erkennen, die einen Durchmesser von nur 0,3 Zentimetern hatten – die Größe von Tumoren im Frühstadium. Sie zeigten auch, dass das Gerät eine Auflösung erreicht, die mit der von herkömmlichem Ultraschall vergleichbar ist, und dass Gewebe in einer Tiefe von bis zu 8 Zentimetern abgebildet werden kann.

„Der Zugang zu einer qualitativ hochwertigen und erschwinglichen Gesundheitsversorgung ist für die Früherkennung und Diagnose unerlässlich. Als Krankenschwester habe ich die negativen Folgen einer verzögerten Diagnose miterlebt. Diese Technologie verspricht, die vielen Barrieren für die Früherkennung von Brustkrebs zu überwinden, indem sie eine zuverlässigere, komfortablere und weniger einschüchternde Diagnose bietet“, sagt Catherine Ricciardi, Direktorin der Krankenschwester am Center for Clinical and Translational Research des MIT und eine der Autorinnen der Studie.

Um die Ultraschallbilder zu sehen, müssen die Forscher ihren Scanner derzeit an das gleiche Ultraschallgerät anschließen, das auch in bildgebenden Zentren verwendet wird. Jetzt arbeiten sie jedoch an einer miniaturisierten Version des Bildgebungssystems, die etwa die Größe eines Smartphones hätte.

Das tragbare Ultraschallpflaster kann immer wieder verwendet werden, und die Forscher stellen sich vor, dass es zu Hause von Menschen verwendet werden könnte, die ein hohes Risiko für Brustkrebs haben und von häufigen Vorsorgeuntersuchungen profitieren könnten. Es könnte auch helfen, Krebs bei Menschen zu diagnostizieren, die keinen regelmäßigen Zugang zu Vorsorgeuntersuchungen haben.

„Brustkrebs ist die häufigste Krebserkrankung bei Frauen und kann behandelbar sein, wenn sie frühzeitig erkannt wird“, sagt Tolga Ozmen, Brustkrebschirurgin am Massachusetts General Hospital und Autorin der Studie. „Eines der Haupthindernisse bei der Bildgebung und Früherkennung ist der Arbeitsweg, den die Frauen zu einem Bildgebungszentrum zurücklegen müssen. Dieses anpassungsfähige Ultraschallpflaster ist eine vielversprechende Technologie, da Frauen nicht mehr zu einem Bildgebungszentrum fahren müssen.“

Die Forscher hoffen, einen Arbeitsablauf zu entwickeln, so dass künstliche Intelligenz, sobald Daten von einem Probanden gesammelt wurden, verwendet werden kann, um zu analysieren, wie sich die Bilder im Laufe der Zeit verändern, was eine genauere Diagnose bieten könnte, als sich auf die Beurteilung eines Radiologen zu verlassen, der Bilder vergleicht, die im Abstand von Jahren aufgenommen wurden. Sie planen auch, die Anpassung der Ultraschalltechnologie an andere Körperteile zu untersuchen.

Die Forschung wurde zum Teil von der National Science Foundation, einem 3M Non-Tenured Faculty Award, dem Sagol Weizmann-MIT Bridge Program und der MIT Media Lab Consortium Funding finanziert