Foto: © iStock/RapidEye
Die israelische Organisation Wheelchair of Hope hat einen Rollstuhl entworfen, der in 3D-Druck gefertigt wird und gerade mal 100 US-Dollar kostet.
Was kann die Medizin von morgen?
Künstliche Intelligenz ist ein zentrales Zukunftsthema im Gesundheitswesen. Gerald Gaß, Vorstandsvorsitzender der Deutsche Krankenhausgesellschaft, spricht aus, was viele derzeit in der Medizin bewegt. Das Vertrauen auf „Dr. Algorithmus“, wie Jochen A. Werner von der Universitätsmedizin Essen das rasant wachsende KI-Potenzial nennt, teilen auch Melanie Wendling vom Bundesverband Gesundheits-IT und der Modellierungsspezialist Fabian Theis vom Helmholtz-Zentrum München – was hoffen lässt, auch für den Kampf gegen Diabetes oder Krebs. Dabei den Menschen nicht aus den Augen zu verlieren? Für den Arzt und Wissenschaftler Dietrich Grönemeyer kein Selbstläufer. Das Behandlungszimmer von morgen öffnet seine Pforten hier.
Claudia Crocini
DZHK-Nachwuchsgruppenleiterin an der Charité und Gastwissenschaftlerin am Max Delbrück Center
Foto: Max Delbrück Center/Felix Petermann
Das Geschlecht macht den Unterschied
Die meisten Menschen sterben an einer kardiovaskulären Erkrankung – Frauen und Männer. Je älter wir werden und je heißer die Sommer aufgrund des Klimawandels sind, desto mehr machen uns Herz und Kreislauf zu schaffen. Auch bei Frauen verursachen kardiovaskuläre Erkrankungen jedes Jahr ein Drittel der Todesfälle. Dennoch werden Frauen traditionell von klinischen Studien ausgeschlossen, häufig falsch diagnostiziert und im Vergleich zu männlichen Patienten unzureichend behandelt. Die Grundlagenforschung vernachlässigt das biologische Geschlecht oft ebenfalls. Die Medizin der Zukunft schließt niemanden aus. In der Forschung werden wir das Herz von Frauen und Männern untersuchen und dabei auch andere Faktoren wie die Hormonersatztherapie in den Wechseljahren oder bei Personen in der Transition, also der körperlichen Geschlechtsangleichung, berücksichtigen. Computerbasierte Simulationen können dabei helfen, Forschungsergebnisse an männlichen Herzen auf weibliche Herzen zu übertragen. Wenn wir das biologische Geschlecht in allen Phasen der Forschung einbeziehen, können wir die systematische Bevorzugung von Männern in den Kliniken abbauen. Wir haben die große Chance, die Behandlung für die Hälfte der Menschheit zu verbessern und besser vorzuhersagen, wie sich eine Krankheit im weiblichen Herzen entwickeln oder wie es auf eine Therapie ansprechen wird.
Webfehler im System
Die Medizin hat den Menschen aus den Augen verloren. Gesunden können wir nur, wenn auch dem Inneren, dem Individuellen mehr Aufmerksamkeit gewidmet wird. Offen sein, sich Zeit nehmen, nicht von oben herab agieren, neugierig sein, den Menschen in seiner Gesamtheit erfassen – das ist die Grundlage jeder Behandlung. In diesem Zusammenhang sollte die Rolle von Hausärztinnen und Hausärzten als Gesundheitsmanager wieder gestärkt werden, weil sie ihre Patienten und deren Umfeld am besten kennen. Sie sind die ersten Ansprechpartner für Erkrankte, fungieren als Wegweiser und bieten Hilfe zur Selbsthilfe. Und – ganz wichtig – auch den Krankenschwestern und Krankenpflegern als Copiloten der Hausärztinnen und Hausärzte sollten weitreichendere Aufgaben übertragen werden. Geld ist in unserem Medizinsystem reichlich vorhanden, nur muss es sinnstiftend umgeleitet werden. Etwa dadurch, dass die Stärken von Schulmedizin, Naturheilkunde, Psychologie und Psychosomatik zusammengeführt werden. Unter dem Aspekt der Prävention wäre es gut, mehr in Gesundheitskunde als Schulfach zu investieren. Das würde nachhaltige Änderungen im Lebensstil bewirken und so der Gesunderhaltung mehr dienen als die bisher übliche Reparaturmedizin. Statt über Krankenhausschließungen zu debattieren, sollten wir lieber nachdenken, ob Gesundheitszentren im Hinblick auf Prävention nicht mehr Sinn machen würden und für rotstiftgefährdete Krankenhäuser neue Perspektiven bieten.
Dietrich Grönemeyer
Arzt, Wissenschaftler und Medizinunternehmer
Foto: Laura Möllemann Photography
Kerstin Stemmer
Professorin für Molekulare Zellbiologie, Universität Augsburg
Quantensprung in der Früherkennung
Wir werden immer älter. Gleichzeitig hoffen wir auf den Erhalt unserer körperlichen und psychischen Gesundheit bis ins hohe Alter hinein. Dafür ist es wichtig, mögliche Erkrankungen frühzeitig zu erkennen, damit sie effizient behandelt werden können. Flüssigbiopsien können dabei künftig eine entscheidende Rolle spielen: In einer einfachen Blutprobe werden zirkulierende Stoffe bestimmt, die einer Erkrankung zugeordnet werden können. Dieses Konzept ist zwar altbekannt, erfährt mit der Entwicklung neuester molekularbiologischer Analysemethoden jedoch einen Quantensprung. Eine besondere Rolle spielen winzige membranumhüllte Teilchen, die sogenannten extrazellulären Vesikel. Sie werden aus allen Körperzellen in das Blut freigesetzt und enthalten eine zelltypische Fracht aus Eiweißen, Fetten und Erbmaterial, die ein Abbild der gesunden oder kranken Zelle darstellt. In Zukunft wird man dank dieser Teilchen einen Blick in einzelne innere Organe werfen können und ihren Zustand mithilfe von Blutproben wiederholt bestimmen können. Krankhafte Veränderungen sind so früh sichtbar. Digitale Technologien und Künstliche Intelligenz werden außerdem dabei helfen, die komplexen Datenmengen dieser Analysemethode beispielsweise mit hochauflösender Bildgebung zu verknüpfen. Krankheiten wie Diabetes, Krebs oder Alzheimer können damit bereits in der Entstehung erkannt und in der Folge besser behandelt werden.
Vieles wird möglich
Künstliche Intelligenz ist ein zentrales Zukunftsthema im Gesundheitswesen. KI hat das Potenzial, Mitarbeitende in Krankenhäusern bei Therapieentscheidungen, aber auch bei Planung, Management und Dokumentation zu entlasten, sodass mehr Zeit für den Kontakt mit dem Patienten bleibt. KI-unterstütztes Monitoring im Krankenhausinformationssystem kann Risiken auf Basis der dort hinterlegten Daten ermitteln. KI-gestützte Primär- und Sekundärprävention basiert künftig auf Smart Watches und Wearables. Auch bei Kernaufgaben wie Diagnose, Therapieplanung und Operationen kann KI unterstützen. Bereits heute ist hier die KI-unterstützte Auswertung von Bildbefunden in der Radiologie und Onkologie oder die Früherkennung von Risiken in der Intensivmedizin wichtig. Weitere Anwendungsfelder sind das robotikunterstützte Operieren und die Auswertung von Genomdaten in der personalisierten Medizin. Deep Learning, bei dem selbstlernende komplexe neuronale Netze auf Basis von Trainingsdaten entstehen, hat der KI zu neuer Bedeutung verholfen. Ethische und rechtliche Fragen hinsichtlich Verantwortung und Datenschutz müssen noch geklärt werden. Für medizinische Aufgaben müssen häufig Trainingsdaten vorgegeben werden, die vorab von Experten gesichtet und klassifiziert worden sind. Für andere Aufgaben kommt die Nutzung von Routinedaten infrage. Hier spielen die Bereitstellung von Forschungsdaten sowie der kommende EU-Gesundheitsdatenraum eine wichtige Rolle.
Gerald Gaß
Vorstandsvorsitzender Deutsche Krankenhausgesellschaft (DKG)
Foto: DKG/Georg J. Lopata
Digitalisierung
Die größten Hindernisse im deutschen Gesundheitswesen
Quelle: Statista
Janne-Finn Klöppen
Leser
Faktor Mensch
Die Medizin von morgen bietet Chancen und Risiken. Technologische Fortschritte und personalisierte Medizin können Leben retten und die Lebensqualität verbessern. Doch besteht die Gefahr, dass der Mensch als Patient zunehmend Objekt von Technologie wird und Gesundheitsdaten missbraucht werden. Es ist wichtig, den menschlichen Faktor zu berücksichtigen und Patienten als Individuen zu behandeln. Nur so können wir sicherstellen, dass der Mensch im Mittelpunkt der medizinischen Behandlung steht.
Daten öffnen Türen
Die IT spielt bereits heute eine wichtige Rolle in der Medizin und wird dies auch in Zukunft bei der Unterstützung der medizinischen Forschung, Diagnose und Behandlung tun. Natürlich wird es weiterhin möglich sein, Daten in Aktenordner zu sammeln und zu sichten. Den medizinischen Fortschritt wird eine solche Datensammlung aber nicht weiterbringen. Um das heutige immense medizinische Wissen – das sich laut wissenschaftlichen Untersuchungen bereits vor fünf Jahren alle 73 Tage verdoppelt hat – nutzen zu können, müssen in der Versorgung Tätige darauf zugreifen können, also digitale Informationen verfügbar sein. Wenn dann Algorithmen die Daten analysieren und in der Diagnose unterstützen, spart der Behandelnde zudem Zeit, um die richtigen Fragen zu stellen. Denn in unserer komplexen Welt wird es für die Versorgung der Bevölkerung immer wichtiger, nicht nur einzelne Krankheiten oder Verletzungen zu sehen, sondern den Menschen ganzheitlich zu betrachten – und in den Kontext der Region oder des Landes zu setzen. Weiter kann die Analyse großer Datenmengen dazu beitragen, Muster in der Gesundheit und Krankheit von Patienten zu identifizieren. Durch die Analyse dieser Daten können Ärzte präventive Maßnahmen ergreifen und die Behandlung von Patienten verbessern. Nicht zuletzt kann die 3D-Druck-Technologie in der Medizin eingesetzt werden, um individuelle medizinische Geräte und Implantate herzustellen, die genau auf den Patienten zugeschnitten sind.
Melanie Wendling
Geschäftsführerin Bundesverband Gesundheits-IT (bvitg)
Foto: bvitg
Jochen A. Werner
Ärztlicher Direktor und Vorstandsvorsitzender Universitätsmedizin Essen
Foto: Universitätsmedizin Essen
Keine Angst vor Dr. Algorithmus
Ich bin davon überzeugt: Das Gesundheitswesen zählt zu den großen Profiteuren KI basierender Technologien. Zum einen organisatorisch, was etwa die Arzt-Patienten-Kommunikation anbelangt. Arztbriefe werden automatisch aus Elektronischen Patientenakten und aktuellen Befunden generiert und in laienverständlicher Sprache für Patienten abgefasst. Gleiches gilt für Fachinformationen an weiterbehandelnde Mediziner. Zum anderen werden Prävention, Diagnostik und Therapie revolutioniert. KI wird große Datenvolumina und aktuelle Forschungsergebnisse auswerten, nach Mustern suchen und Zusammenhänge herstellen, die sich dem Menschen in Breite und Tiefe nicht mehr erschließen können. Gerade weil Prävention immer wichtiger wird, ergeben sich völlig neue Horizonte. Die Aufgabe der Mediziner von morgen wird es sein, die Datenfülle mithilfe der KI zu interpretieren, daraus korrekte Maßnahmen abzuleiten und ihre Patienten mit der notwendigen Nähe zu begleiten. KI ermöglicht zudem eine relevante Steigerung bei der Patientensicherheit, weil zum Beispiel Wechselwirkungen von Medikamenten untereinander und Wirksamkeiten in Abhängigkeit von der individuellen Stoffwechsellage schneller und präziser erkannt werden. Wir sollten alles daransetzen, die Perspektiven von KI für die Gesundheit der Menschen besonnen, aber zielorientiert zu nutzen, statt neue digitale Technologien wieder kleinmütig mit dem bewährten Innovationshemmer „Datenschutz“ auszubremsen.
Neue Medikamente
Zwischen November 2019 und Ende 2023 sind 434 Zulassungen möglich
Quelle: vfa
Aus Utopien werden Visionen
Wenn jeder Mensch auf der Welt die Aufgabe bekommen würde, ein Einhorn vor einem Regenbogen zu malen, kämen genauso viele verschiedene Bilder heraus, wie es Menschen gibt. Denn jeder Mensch und damit jedes Bild ist einzigartig. In etwa so können Sie sich auch die menschlichen Zellen vorstellen. Unser Körper besteht aus bis zu 100 Billionen Zellen, die nicht nur vom Typus variieren, sondern auch von Mensch zu Mensch. Und so ist auch der Raum der möglichen Phenotypen riesig. Mich interessiert, wie man diesen Raum mit Computermodellen beschreiben kann, um zum Beispiel zu verstehen, wie Zellen miteinander kommunizieren und wie sie Gewebe bauen. Das ist wichtig für Fragen aus der Entwicklung aber auch bei Krankheiten wie Diabetes oder Krebs. Wie verändern sich die betroffenen Zellen? Und was genau läuft bei ihnen schief? Diese Kenntnisse sind wichtig, um Zellen wieder auf einen gesunden Weg zu führen. Um all diese Daten erfassen zu können, braucht es Künstliche Intelligenz. Mit KI können wir Methoden entwickeln, die grundlegende Fragen beantworten, aber sich auch für den klinischen Einsatz eignen. Beim weltweiten Netzwerk „Human Cell Atlas“ haben wir es uns zum Ziel gemacht, alle menschlichen Zellen unseres Körpers zu kartieren. Damit soll unter anderem gelingen, was lange Zeit Utopie war: die gezielte Diagnose und Behandlung von Krankheiten. Das wird die Medizin der Zukunft „molekularer“ und durch KI datengestützter und individueller machen.
Fabian Theis
Leiter Computational Health Center, Helmholtz München und Professor für Mathematische Modellierung biologischer Systeme, TU München
Foto: Matthias Tunger Photodesign
Klaus Cichutek
Präsident Paul-Ehrlich-Institut (PEI)
Foto: PEI/Thorsten Jansen
Personalisiert behandeln
Die Medizin von Morgen birgt ein großes Potenzial und schon heute liefert die Biotechnologie hierfür wichtige Werkzeuge – auch für neuartige Impfstoffe. Das jüngste Beispiel ist die Empfehlung des Ausschusses für Humanarzneimittel bei der Europäischen Arzneimittelagentur EMA für einen Impfstoff gegen das Respiratorische Synzytial-Virus (RSV) für Menschen ab 60 Jahre. In der Pandemie haben der Einsatz der mRNA- und Vektor-Technologien für die Impfstoffentwicklung ihre zentrale Bedeutung für die schnelle Entwicklung und massenhafte Herstellung von COVID-19-Impfstoffen unter Beweis gestellt. Insbesondere die mRNA-Technologie, die als Baukastensystem genutzt werden kann, erlaubt die kostengünstige und schnelle Anpassung an veränderte Zielstrukturen. Die Hoffnung ist, damit auch eine zusätzliche Option bei der Behandlung von Krebserkrankungen zu haben. Als Teil der personalisierten Medizin soll ein aktiv auf die individuellen Eigenheiten der Krebszellen einer Patientin oder eines Patienten zusammengestelltes Immuntherapeutikum zur Behandlung eingesetzt werden. Ein Beispiel für Arzneimittel für neuartige Therapien (Advanced Therapy Medicinal Products, ATMP) sind Gentherapeutika, wie die CAR-T-Zellen, die sich bereits in der Leukämiebehandlung bewährt haben. Für die Bewertung dieser komplexen Arzneimittel hält das Paul-Ehrlich-Institut spezielle Expertise vor, die unter anderem auf seiner eigenen experimentellen Forschung beruht.
BESTRAHLUNG VON INNEN
Zielgerichtete Radionuklidtherapie gegen Krebs
Die zielgerichtete Radionuklidtherapie ist ein vielversprechender, innovativer Ansatz in der Krebstherapie, der auch bei weit fortgeschrittenen Krebserkrankungen und schwer zu behandelnden Patienten bereits erste Erfolge erzielen konnte.
Trotz enormer therapeutischer Fortschritte in den letzten 20 Jahren zählt Krebs nach wie vor zu den häufigsten Todesursachen weltweit. Eine große Herausforderung bei der Entwicklung neuer Behandlungen
ist es, einen Weg zu finden, Krebszellen wirksam und vollständig zu bekämpfen, ohne gesunde Zellen um das Tumorgewebe herum zu schädigen.
Grenzen etablierter Krebstherapien
Zu den etablierten Säulen der Krebstherapie gehörten bisher Chirurgie, Chemotherapie und Bestrahlung. Aber auch Immuntherapien, die darauf bauen, das Immunsystem effizienter gegen Krebs zu nutzen, finden immer mehr Einzug in die Therapieschemata.
Allerdings profitieren nicht alle Patienten von diesen
Therapiemöglichkeiten und die starken Nebenwirkungen
dieser Behandlungsformen bleiben ein großes Thema, besonders bei fragilen Patienten oder weit fortgeschrittenen Krebserkrankungen. Hier könnte ein innovativer Ansatz in der Strahlentherapie helfen, der eine sehr gezielte Bekämpfung des Tumors bei maximaler Schonung des umliegenden Gewebes anstrebt.
Gezielte Bekämpfung des Tumors
Dieser neuartige Ansatz nennt sich zielgerichtete Radionuklidtherapie und unterscheidet sich deutlich von der herkömmlichen Strahlentherapie, bei welcher
der Tumor von außen bestrahlt wird. Die zielgerichtete
Radionuklidtherapie ermöglicht einen präzisen Angriff auf den Tumor von innen, nämlich durch
Freisetzung der Strahlung direkt im Tumorgewebe. Dafür wird ein Radiopharmazeutikum über die Blutbahn gezielt zum Tumor geschleust. Das Medikament besteht aus einem medizinischen Radioisotop –
einem Atom, das eine geringe Strahlung abgibt – und einem Molekül, das gezielt an spezifische Strukturen auf der Oberfläche der Tumorzellen bindet und somit das Radioisotop direkt am Tumor platziert. Dadurch kann die vom Radioisotop abgegebene Strahlung das Tumorgewebe zerstören, ohne weitreichenden Einfluss auf das umliegende Gewebe zu haben.
Dies ermöglicht die Behandlung von Krebsarten, bei denen klassische Methoden wenig erfolgversprechend oder risikobehaftet sind. Dazu gehören Gehirntumoren, Bauchspeicheldrüsenkrebs, metastasierter Prostatakrebs oder neuroendokrine Tumoren (NETs), die hormonbildende Zellen befallen und oft erst erkannt werden, wenn sie weit fortgeschritten sind. Durch den zielgerichteten Angriff können mit dieser Therapieform Tumorzellen überall im Körper aufgespürt und angegriffen werden, was auch die Behandlung von Metastasen und Mikrometastasen ermöglichen kann, die zum Teil nicht von klassischen Therapien adressiert werden.
„If we can see it, we can treat it“
Es ist aber nicht nur die Präzision in der Therapie,
die diesen neuen Ansatz besonders macht, sondern auch die Möglichkeit, Diagnose und Behandlung effizient zu kombinieren. Bei Diagnostik und Therapie kann das gleiche tumorspezifische Molekül
mit entweder einem diagnostischen oder einem therapeutischen Radioisotop angewendet werden. Für die Diagnose werden Radioisotope, die speziell für die Bildgebung geeignet sind – sogenannte Gammastrahler – mit einem tumorspezifischen
Molekül gekoppelt. Mithilfe moderner bildgebender
Verfahren, wie zum Beispiel PET/CTs, können die diagnostischen Radiopharmazeutika im Körper
dargestellt und damit das Tumorgewebe sowie Metastasen
präzise abgebildet werden. Dies erlaubt es, die Ausbreitung des Tumors sowie dessen Stadium zu bestimmen und eine informiertere Entscheidung zur Behandlung zu treffen. Für die Therapie werden dann spezielle therapeutische Radioisotope, meist Beta- oder Alphastrahler, mit dem gleichen tumorspezifischen
Molekül gekoppelt. Im Gegensatz zu den diagnostischen Gegenspielern geben sie eine etwas stärkere Strahlung ab, die die gezielte Zerstörung des Tumorgewebes bewirken kann.
Der theranostische Ansatz
Dieser sogenannte theranostische Ansatz, die Verbindung von präziser Bildgebung und zielgerichteter
Therapie, macht die Radionukliddiagnostik und ‑therapie zu einem der spannendsten Felder der Präzisionsonkologie. In den letzten Jahren folgten bereits
einige Zulassungen, zum Beispiel zur Behandlung
neuroendokriner Tumoren und Prostatakrebs. Produktkandidaten gegen weitere Krebserkrankungen sind in der Entwicklung, unter anderem durch das deutsche Biotechunternehmen ITM Isotope Technologies Munich, das zu den führenden Entwicklern und Herstellern im Bereich der Theranostik zählt.
Verlaufen die Studien erfolgreich, könnten diese innovativen Therapien dazu beitragen, schwerkranken Patienten ein längeres Leben bei höherer Lebensqualität zu ermöglichen und einen neuen Therapieansatz für Krebspatienten zu etablieren.
Mehr Informationen unter: itm-radiopharma.com
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