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Prof. Dr. Kurt Zatloukal Institut für Pathologie der MedUni Graz

 
Allgemeinmedizin 16. März 2012

Zukunft der Medizin: Der Virtuelle Patient

Personalisierte Diagnose und Therapie mittels Computermodell.

Die Entwicklung eines speziellen Computermodells, eines „Virtuellen Patienten“, ist das Ziel der EU-Großforschungsinitiative ITFoM (IT Future of Medicine). Die Planungsphase wird bereits mit rund 1,5 Million Euro gefördert. Ende des Jahres wird von der EU entschieden, ob das Pilotprojekt als „Flagship-Projekt“ ausgewählt und dann mit rund einer Milliarde Euro über zehn Jahre gefördert wird.

Kein Mensch gleicht dem anderen. Nicht nur Aussehen und Charakter, sondern auch die biologischen Prozesse in einer Zelle sind von Mensch zu Mensch unterschiedlich. Will man die Wirksamkeit und Effizienz medizinischer Therapien steigern, muss diese Tatsache berücksichtigt werden. Ein großes Bestreben der heutigen Medizin ist es, Patientengruppen zu definieren, bei denen ein Medikament entweder besonders gut oder überhaupt nicht wirksam ist. Dieses Konzept berücksichtigt jedoch nur begrenzt die Komplexität der biologischen Vorgänge und Umweltfaktoren, die in einem einzelnen Patienten letztlich den individuellen Krankheitsverlauf bestimmen.

Das Projekt ITFoM geht einen großen Schritt weiter und entwickelt mathematische Modelle, mit deren Hilfe simuliert werden kann, wie ein Medikament bei einem individuellen Patienten wirkt. Durch ein Modell, welches auf jedes Individuum optimal zugeschnitten ist und seine anatomischen, physiologischen und genetischen Eigenschaften berücksichtigt, soll es möglich werden, Krankheiten auf einer individuellen Ebene zu verstehen und optimierte Therapien zu finden. Mathematische Modelle benötigen sehr zuverlässige Daten, um korrekte Aussagen zu treffen. Aufgrund der enormen Fortschritte der Analysetechnik ist es möglich, dass die Sequenzierung eines Genoms, die vor wenigen Jahren noch 50.000 Euro gekostet hat, schon bald Teil der medizinischen Routine wird. Aber nicht nur die Gene geben Auskunft über uns. Auch Transkriptome (Gesamtheit aller in einer Zelle hergestellten RNA-Moleküle), Proteome (Gesamtheit der in einer Zelle vorliegenden Proteine) und Metabolome (Gesamtheit aller Stoffwechselprodukte in einer Zelle) zusammen mit klinischen Daten und Umweltfaktoren bilden die Grundlage für ein an jeden Patienten spezifisch angepasstes Computermodell. Einige wenige dieser Faktoren werden heute schon routinemäßig bestimmt, es fehlen jedoch die Integration in ein Gesamtmodell sowie Vergleichbarkeit und Qualitätsstandards, wie sie für solch große Datenmengen notwendig sind. Im Rahmen des ITFoM- Projekts wird daher ein umfangreicher Referenzdatensatz bestehend aus allen oben beschriebenen Daten erstellt, welcher in Folge die Basis für alle weiteren Forschungstätigkeiten bildet. Die Erstellung dieses Referenzdatensatzes wird von der Medizinischen Universität Graz koordiniert und wesentliche Teile der biologischen Proben und Daten werden in Graz gesammelt und erstellt.

Partner aus 15 Ländern

An dem Projekt arbeiten derzeit 24 Kernmitglieder und 32 Kooperationspartner aus 15 Ländern. Das Team hochrangiger Grundlagenforscher aus Europa und internationaler Industriepartner wird von Prof. Dr. Hans Lehrach, dem Direktor des Max-Planck-Instituts für Molekulare Genetik in Berlin, koordiniert. Der gesamte Medizinbereich des internationalen Projekts wird von der MedUni Graz abgewickelt. Die Aufgaben in diesem Bereich umfassen die Definition der medizinischen Anforderungen an die mathematischen Modelle, die Erstellung eines Referenzdatensatzes und die Validierung der Ergebnisse in einem medizinischen Umfeld. Begleitend werden ethische und soziale Fragestellungen sowie mögliche Auswirkungen auf das europäische Gesundheitssystem untersucht.

Ein Blick in die Zukunft

„War in der Vergangenheit die Physik ein treibender Motor in der Entwicklung der Computerindustrie, man denke nur an die Hochleistungscomputer und das Internet quasi als Nebenprodukt der Forschung des CERN, so wird diese treibende Kraft in Zukunft von der Medizin ausgehen“, sagt Prof. Dr. Kurt Zatloukal, Institut für Pathologie der MedUni Graz. Ein kleines Beispiel aus der Krebsbehandlung soll dies verdeutlichen. Eine bestimmte häufig eingesetzte Chemotherapie bei Darmkrebs führt in der Regel bei etwa 45 Prozent der Patienten zu einer Verkleinerung des Tumors. Da man aber nicht unterscheiden kann, bei welchen Patienten dies der Fall ist, wird die Therapie natürlich allen angeboten. Dies führt einerseits zu hohen Kosten von bis zu 30.000 Euro und bringt andererseits nicht immer den gewünschten Erfolg.

Die Medizin wird sich aber nicht einfach dadurch verändern, dass neue Daten verfügbar sind. Bei einem komplexen Gesundheitssystem gilt es innovative Prozesse anzustoßen, zu motivieren, und einen Diskussionsprozess zu moderieren. Wie ändert sich das Berufsbild eines Arztes, wenn zukünftig „Kollege Computer“ auf den Plan tritt? Wird ein Arzt seine vorgeschlagene Therapie am „Virtuellen Patienten“ erproben, und welche Konsequenzen ergeben sich daraus? Diese und verwandte Fragestellungen werden in ITFoM durch die medizinische Plattform bearbeitet, wobei „außer Frage steht, dass die letztgültige Entscheidung, wie gut eine Simulation am Computer auch sein mag, immer durch einen Arzt getroffen wird“, sagt Zatloukal.

http://www.itfom.eu/

Future and Emerging Technologies (FET): http://cordis.europa.eu/fp7/ict/programme/fet_en.html

 

MedUni Graz/IS
, Ärzte Woche 11 /2012

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