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Mit KI und Big Data wird Medizin smart und persönlich


Computerwoche - epaper ⋅ Ausgabe 52/2018 vom 17.12.2018

Digitale Technologien krempeln den Medizinsektor um. Zwar ersetzen KI und Big Data/Analytics noch nicht den Arzt, aber sie ermöglichen personalisierte Behandlungsmethoden, die vor wenigen Jahren noch undenkbar waren.


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Bildquelle: Computerwoche, Ausgabe 52/2018

Von Jürgen Hill, Teamleiter Technologie


Mehr zum Thema smarte Medizin lesen Sie auf der Website der COMPUTERWOCHE unter: So revolutionieren KI und Roboter Medizin und Gesundheitswesenwww.cowo.de/3545491

KI in der digitalen Medizin braucht natürliche Verantwortungwww.cowo.de/3545017

Die digitale Medizin der Zukunftwww.cowo.de/3332123

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Durch die Digitalisierung erlebt das Gesundheitswesen einen Umbruch. Ein Beispiel ist die Krebsforschung: In der Onkologie explodiert gerade das Wissen und macht ganz neue Behandlungsmethoden möglich. Die Vorteile für die Patienten liegen auf der Hand, doch der Fortschritt hat auch seinen Preis.

Digitale Transformation in der Medizin

Die digitalen Technologien transformieren die Medizin gleich in mehrfacher Weise: Die Art und Weise, in der Krankheiten diagnostiziert und behandelt werden, aber auch die Vorbeugung haben teilweise nur noch wenig mit der klassischen Medizin gemein. Daten spielen eine immer größere Rolle. Mit der smarten Nutzung von Big Data und anderer IT werden nicht nur neue Therapien entwickelt und erforscht, sondern den Patienten auch personalisierte Therapien ermöglicht, die exakt auf ihr jeweiliges Krankheitsbild zugeschnitten sind. Dieses Ziel kann nur durch eine enge interdisziplinäre Zusammenarbeit realisiert werden.

Ein Bereich, in dem das bereits praktiziert wird, ist die Krebsmedizin. Patienten mit bösartigen Tumoren werden mehr und mehr aufgrund ihrer spezifischen genetischen Veränderungen beurteilt und im Sinne der personalisierten Medizin behandelt. Dazu werden molekulargenetische Daten im Kampf gegen den Krebs genutzt. Ärzte sollen so Krebs schneller erkennen, charakterisieren und behandeln können. Experten bezeichnen die digitale Medizin bereits als Präzisionsmedizin. Dabei betonen die Mediziner stets, dass die Daten den Patienten gehörten und nur die Daten der Tumorprofile untersucht würden. Die Datenverarbeitung finde anonymisiert statt.

Smarte Medizin

Die smarte, personalisierte Medizin ist also über das Stadium einer Vision weit hinaus. Eine Unterstützung für Ärzte bietet der Pharmakonzern Roche seit 2017 mit seinem Foundation-Medicine-Labor am Standort Penzberg im bayerischen Voralpenland. Er bietet einen Service für das Tumor-Profiling. Ärzte erhalten Unterstützung darin, Mutationen in krebsrelevanten Genen zu entdecken und geeignete Therapien zu entwickeln. Die Wahl fiel nicht zufällig auf Penzberg. Der Standort ist mit rund 6000 Mitarbeitern eines der größten Biotechnologie-Zentren Europas und bringt pharmazeutische Forschung, Produktion und Diagnostik zusammen.

Gene sequenzieren

Foundation Medicine (FMI) geht auf ein 2010 im Großraum Boston gegründetes Biotechnologie-Startup zurück. Ziel des Unternehmens ist es, große molekulargenetische Datenmengen im Kampf gegen Krebs nutzbar zu machen. Möglich wird das, weil FMI neben dem diagnostischen Know-how auch das Wissen und die digitalen Technologien zur Analyse dieser Daten mitbringt. Aus kleinsten Gewebeproben und aus Blut können die Wissenschaftler DNA isolieren, mehrere hundert Gene sequenzieren und mit Tumorprofilen von mehr als 180.000 Patienten abgleichen. Aus den Daten entstehen molekulare Informationen, die Patienten eine personalisierte Krebstherapie ermöglichen. Die individuelle Tumoranalyse ist auch als „FoundationOne CDx“ bekannt. Roche ist seit 2015 an FMI beteiligt und hat 2018 alle Anteile übernommen.

Bundesagentur für digitalisierte Medizin

Der Bitkom fordert eine Bundesagentur für digitalisierte Medizin. Darum sollte sie sich kümmern:
1. Geeignete Verfahren schaffen, um bessere Rahmenbedingungen bezüglich technischer und semantischer Interoperabilität sowie Datensicherheit zu ermöglichen.
2. Umsetzung von Datenschutz- und Datensicherheitsvorgaben ermöglichen.
3. Auf Basis einer von der Bundesregierung noch vorzulegenden E-Health-Strategie sollte die Bundesagentur ressortübergreifend arbeiten und alle Akteure einbinden.
4. Gelänge ihr eine zügige Umsetzung, könnte eine Bundesagentur für digitalisierte Medizin zum Katalysator der Digitalisierung im Gesundheitswesen werden.

Für die individuelle Therapie sequenzieren die Roche-Mitarbeiter im Labor Gewebeproben von Patienten. Diese Untersuchung kostet zwischen 3000 und 4000 Euro und wird mittlerweile von den meisten Krankenkassen bezahlt. Noch wird allerdings bei 60 Prozent der Krebspatienten kein Gentest durchgeführt, und lediglich 15 Prozent erhalten einen Multi-Gen-Test.

Mit Big Data zur Krebstherapie

Was hier zunächst einfach und logisch erscheint, löst in der Praxis eine wahre Datenflut aus. In der digitalen Pathologie können laut Roche schnell pro Bild um die 2 Terabyte Daten entstehen. Und dabei bleibt es bei der personalisierten Medizin nicht. Hinzu kommen noch Daten aus Klinikstudien, elektronischen Patientenakten und Registern sowie mitunter auch Smartphone-basierte klinische Biomarkerdaten. Die Herausforderung ist die Integration dieser Daten, denn hier liegt der Schlüssel für eine personalisierte Medizin. Deshalb stehen für Roche Informatik und Data Science im Mittelpunkt. Der Konzern hat, wie viele andere Unternehmen auch, mit einem großen Problem zu kämpfen – dem Mangel an Data Scientists. In Penzberg versucht der Schweizer Chemiegigant, die Lücken mit sogenannten Mixed-Capability-Teams zu schließen. Physiker, Biochemiker und andere Wisenschaftler werden in Sachen Data Science weitergebildet.

Gemischte Teams sind noch aus einem weiteren Grund erforderlich: Die personalisierte Medizin bedient sich vielfältigster Informationstechnologie. Egal ob Text-Mining, maschinelles Lernen, Real World Data Analysis, Datenvisualisierung, Bioinformatik, Bildanalyse – all diese Techniken werden bei Roche genutzt. Und das in der Regel mit On-Premise-Anwendungen, sind doch die eigenen Rechenzentren sowie die Algorithmen für das Deep Learning so leistungsfähig und effizient, dass man keine Schützenhilfe von AWS oder Google Cloud brauche, so Roche.

Mit Digitalisierung zu personalisierten Therapien

Daten helfen Ärzten im Kampf gegen Krebs. Mit Hilfe molekulargenetischer Analysen sollen sich Tumore schneller erkennen, charakterisieren und effektiver behandeln lassen. Experten sprechen von Präzisionsmedizin, die speziell auf bestimmte Patientenprofile zugeschnitten ist.

KI und Big Data verschieben die Grenzen

Auch künstliche Intelligenz (KI) ist für die Roche-Mitarbeiter nichts Neues: Die zugrunde liegende Methodik ist schon lange bekannt und im Einsatz. Allerdings hat sich die Ausgangslage insoweit verändert, als heute eine viel höhere Rechenleistung zur Verfügung steht und zudem dank fortschrittlicherer Analysethemen ausreichend Daten für den Entwurf individueller Therapien vorhanden seien.

Die Herausforderung besteht darin, von Big Data zu Smart Data zu kommen. Ein Job, den bei Roche etwa neuronale Netze erledigen, indem sie automatisch komplexe Tumorstrukturen erkennen. Oder, wie es in Penzberg heißt: Big Data verschiebt die Grenzen dessen, was in medizinischer Forschung und Therapie möglich ist. Noch spielen KI und Maschine nur eine unterstützende Rolle und helfen dem Arzt bei seiner Entscheidung – doch wie wird das in zehn Jahren aussehen?

Um an smarte Daten zu gelangen, verlässt sich Roche nicht nur auf Dritte, sondern geht auch eigene Wege. Neben Foundation Medicine übernahm der Biotechnologie-Konzern im Frühjahr 2018 auch Flatiron Health. Das US-amerikanische Unternehmen bietet Softwarelösungen im Bereich elektronischer Gesundheitsakten und Daten aus der klinischen Routine, sogenannte Real World Evidence, an. Diese Daten werden von Flatirons Technologieplattformen verwaltet, vernetzt sowie analysiert und können so von Roche in der Forschung genutzt werden. Für Roche ist dies ein weiterer Schritt in Richtung Präzisionsmedizin – der kann den entscheidenden Unterschied in der Krebsforschung machen.


Foto: Tex vector/Shutterstock