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Targeted microbubble vibrations to accurately diagnose and treat cardiac device-related bacterial biofilm infections

Projektbeschreibung

Genaue Diagnose und Behandlung von bakteriellen Infektionen im Zusammenhang mit Herzgeräten

Aufgrund der alternden Weltbevölkerung werden immer mehr Herzgeräte implantiert. An diesen Vorrichtungen für das Herz können jedoch lebensbedrohliche bakterielle Infektionen auftreten. Gegenwärtig werden Infektionen dieser Art meist mithilfe von Ultraschallbildgebung diagnostiziert. Diese Methode ist jedoch leider nicht spezifisch oder empfindlich genug, was genaue Diagnosen erschwert. Auch eine gezielte, nichtinvasive Behandlung wird dringend gebraucht, steht aber aufgrund des komplexen Erkrankungsbilds aktuell nicht zur Verfügung. Um diese Herausforderungen zu lösen, sind Fortschritte in der Ultraschallbildgebung und -therapie unter Einsatz zielgerichteter Ultraschallkontrastmittel, sogenannter gasgefüllter Mikrobläschen (Targeted Microbubbles, tMB), zum Nachweis und zur Behandlung bakterieller Infektionen erforderlich. Das EU-finanzierte Projekt BUBBLE CURE baut auf früheren Forschungsarbeiten über gezielt wirkende Mikrobläschen auf und möchte innovative Nachweis-, Analyse- und Modellierungsverfahren entwickeln, um genau zu bestimmen, welche tMB-Schwingungen zur Diagnose und Beseitigung bakterieller Infektionen durch Biofilme auf Herzgeräten erforderlich sind. Die Leistungen des Projekts werden eine präzise Diagnose und Behandlung von bakteriellen Infektionen durch Biofilme im Zusammenhang mit Herzgeräten ermöglichen.

Ziel

Due to an aging population, increasingly more cardiac devices are implanted (pacemaker/ICD/CRT/ prosthetic valve/LVAD; worldwide ~2 million yearly). Life-threatening bacterial infections (1-60% infection and 29-50% mortality rate) associated with these devices are a major healthcare burden and pose scientific challenges. Ultrasound imaging is currently the primary diagnostic modality. However, it lacks specificity and sensitivity because the signal from the bacteria is similar to the signal of healthy tissue or the cardiac device, thus making accurate diagnosis impossible. Recent developments in targeted ultrasound contrast agents (i.e. targeted microbubbles (tMB), 1-8 micron in size) allow ultrasound imaging of a specific tMB vibration signal resulting in exceptional sensitivity and specificity. Advancing tMB imaging to detect bacterial infections is needed to solve the challenges caused by the complex ultrasound field from these devices. I was the first to show that vibrating tMB induce vascular drug uptake, thereby showing the potential of tMB as a theranostic agent by combining imaging with drug delivery. Recently, my team and I were also the first to demonstrate which tMB vibrations kill vessel wall cells in vitro by developing analysis methods that link tMB vibrations to drug uptake patterns on a single cell layer. As this is the first time this technique will be applied to 3D bacterial biofilm infections on cardiac devices, I will go beyond the state-of-the-art in tMB-tissue interaction technology by developing novel detection, analysis, and modeling methods to accurately determine which tMB vibrations eradicate bacterial biofilm infections on devices.
The Bubble Cure project will result in a novel multidisciplinary technology that allows accurate diagnosis and treatment of cardiac device-related bacterial biofilm infections, thereby creating a whole new direction of tMB ultrasound imaging and therapy in the scientific field of cardiology and microbiology.

Finanzierungsplan

ERC-STG - Starting Grant

Gastgebende Einrichtung

ERASMUS UNIVERSITAIR MEDISCH CENTRUM ROTTERDAM
Netto-EU-Beitrag
€ 1 878 000,00
Adresse
DR MOLEWATERPLEIN 40
3015 GD Rotterdam
Niederlande

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Region
West-Nederland Zuid-Holland Groot-Rijnmond
Aktivitätstyp
Higher or Secondary Education Establishments
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Gesamtkosten
€ 1 878 000,00

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