Klare Diagnose und optimale Therapie: das vorrangige Ziel einer medizinischen Behandlung erscheint einfach, gestaltet sich jedoch in Wahrheit oft unendlich komplex. „Digitale Biomarker“ – erkennbare Daten-Muster – könnten in Zukunft die Identifikation und Behandlung von Symptomen wesentlich einfacher gestalten. Verantwortlich für den erheblichen medizinischen Fortschritt ist eine Kooperation aus der Steiermark.
Die Medizinische Universität Graz und die Steiermärkische Krankenanstaltengesellschaft m.b.H. (KAGes) arbeiten gemeinsam mit dem österreichischen Biomarker-Forschungszentrum CBmed GmbH an der Erforschung digitaler Biomarker, um die Diagnose und Behandlung von Patienten erheblich zu verbessern. Bei Biomarkern handelt es sich um biologisch messbare Einheiten, wie beispielsweise einen Eiweißstoff. Biomarker werden in Untersuchungsmaterial wie Blut oder Gewebeproben gemessen, um normale oder pathologische Prozesse im Körper anzuzeigen – hier liegt auch der Forschungschwerpunkt von CBmed. Durch die automatische Auswertung, Strukturierung, Analyse und Kombination von (auch textlichen) Inhalten in elektronischen Patientenakten lassen sich auf der anderen Seite ebenfalls Muster identifizieren: digitale Biomarker.
Patienten richtig einschätzen
„Beispielsweise kann man – mit Zutimmung des Patienten – anhand von seinen über Mobilgeräte oder Fitness-Tracker aufgezeichneten Bewegungsdaten Rückschlüsse über eine neurologische Symptomatik ziehen, oder aus Zeitreihen von Arztkontakten und Spitalsaufnahmen nicht nur etwas über den Krankheitsverlauf, sondern auch über das Kooperationsverhalten eines Patienten – seine Compliance – erfahren“, erklärt Stefan Schulz, Professor für Medizinische Informatik an der Medizinischen Universität Graz. Anhand dieser digitalen Biomarker lassen sich dann mit Methoden des maschinellen Lernens Prognosen ableiten: „Ein Beispiel ist die Errechnung des Risikos für nichtalkoholisches Delir – einem lebensbedrohlichen Verwirrtheitszustand. Der dafür notwendige digitale Biomarker setzt sich aus Laborparametern, administrativen Codes (z. B. Diagnosen, Prozeduren), Pflegeinformationen, Krankenhausbewegungen u. v. m. zusammen.“ „Die Prognose von Delir als Hinweis für Arzt und Pflege, Vorsorge zu treffen, um ein drohendes und vermeidbares Delir auch wirklich zu vermeiden, ist auch – nach gründlichen Vorbereitungen – bereits im klinischen Pilotbetrieb“, erklärt Werner Leodolter, Chief Information Officer der KAGes und Professor für angewandte Unternehmensführung im Gesundheitswesen an der Karl-Franzens-Universität-Graz.
Biobank: Korrekte Datenzuordnung führt zum verwertbaren Erfolg
„Eine essentielle Basis für die Erforschung digitaler Biomarker bildet die Biobank der Medizinischen Universität Graz, eine der europaweit größten Sammlungen von biologischen Proben mit derzeit rund 20 Millionen Proben. Erst diese große Ressource zur Erhebung biologischer Daten macht es in Verbindung mit der erstklassigen Forschungsinfrastruktur am MED CAMPUS Graz und den übrigen Einrichtungen an unserer Universität gemeinsam mit Kooperationen mit anderen wissenschaftlichen Partnern wie CBmed möglich, die Vision von der personalisierten Medizin weiterzuentwickeln“, so Hellmut Samonigg, Rektor der Medizinischen Universität Graz. In den Biobanken schlummern unzählige Blut- und Gewebeproben, die auf eine wissenschaftliche Nutzung warten.
Eine Spezialsoftware als „Detektiv“ hilft bei der Ermittlung der besten Therapie
Eine zweite essentielle Basis für die Erforschung digitaler Biomarker sind eine Vielzahl digitaler Krankheitsverläufe und Krankengeschichten von Patienten. In einem gemeinsamen Projekt mit der KAGes und der Medizinischen Universität Graz werden die Proben mittels standardisierter, international verwendeter Codes mit präzisen Informationen zu spezifischen Krankheitsverläufen angereichert. Zu diesem Zweck werden die zugehörigen Patientenakten mit einer Spezialsoftware analysiert und der daraus gewonnene Informations-Extrakt für die anonyme Annotation der Probe verwendet. Schulz: „Wir fangen mit krankheitsspezifischen Proben an, z. B. dem Kolonkarzinom – auch als Dickdarmkrebs bekannt. Allein mit dieser Diagnose gibt es Tausende Patienten, deren Proben in der Biobank Graz lagern. Durch den Vergleich bereits getätigter Diagnosen, Krankheitsverläufe und Behandlungen kann langfristig für einzelne Patienten die Therapie mit den besten Erfolgsaussichten ermittelt werden – was nicht nur den Patienten hilft, sondern auch Klinikaufenthalte verkürzt. Auch für die Biomarker-Forschung bei CBmed erhöhen sich durch diese Annotationen Wert und Qualität von Biobank-Proben signifikant. Um den Datenschutz zu gewährleisten, erfolgen die Annotationen streng anonym.
Drei Säulen der medizinischen Forschung in Graz
Ohne die Kooperation der drei Partner KAGes – Medizinische Universität Graz – CBmed – wäre dieses Projekt nicht möglich: denn während die KAGes über die Patientendaten verfügt und die Medizinische Universität Graz die Humanproben stellt, übernimmt CBmed die Analysen auf Basis anonymisierter Daten der Humanproben. Durch die Annotationen werden die Daten und damit verbundene Proben für die Forschung nutzbar – endlich stehen bei gezielten Forschungsfragen auch passende Proben ohne langwierige Suche zur Verfügung. „Damit können von Patienten freigegebene Bioproben für die Forschung im solidarischen Gesundheitssystem der Weiterentwicklung der Medizin und damit allen Patienten wieder zugutekommen“, meint Werner Leodolter, „darum waren wir auch gerne zu dieser für alle Beteiligten vorteilhaften Kooperation bereit.“
