Pictures of the Future      Herbst 2008

Medizinische Mustersuche

Medizinforscher führen im Nordosten Deutschlands eine der weltweit umfassendsten Datenerhebungen bei Tausenden von Probanden durch. Zusammen mit Siemens suchen sie nach Mustern für die Entstehung und Behandlung der häufigsten Erkrankungen.

In einem Untersuchungszimmer des Klinikums der Universität Greifswald im Mecklenburg-Vorpommern: Susanne M. liegt in der Röhre des Magnet­resonanz-Tomographen (MRT) Magnetom Avanto von Siemens. Innerhalb weniger Minuten wird ihr ganzer Körper Millimeter für Millimeter gescannt, die Datenflut aufgezeichnet. Zuvor hat sie ein EKG absolviert, ihren Augenhinter­grund untersuchen lassen sowie Proben von Blut und Urin abgegeben, die für zahlreiche Labortests verwendet werden. Ihre DNA wurde mit einem Genchip untersucht, ihr Zahnstatus erfasst. Eine Nacht wird sie unter Beobachtung verbringen, im Schlaflabor des Klinikums. In einem langen Gespräch hat sie Mitarbeitern der Universität berichtet, wie ihre Ernährungsgewohnheiten sind, ob sie raucht, wie viel Alkohol sie trinkt, wie oft sie an was erkrankt war und welche Medikamente sie nimmt.

Dies ist bereits die dritte Untersuchung ihres Gesundheitszustands in den letzten elf Jahren, und diesmal ist sie nahezu allumfassend. Dabei fühlt sich die 40-Jährige topfit. Wie mehr als 4 000 weitere Einwohner von Mecklenburg-Vorpommern ist auch sie Probandin der Study of Health in Pommerania (SHIP), einer der weltweit größten Studien über Zusammenhänge von Krank­heiten, Lebensbedingungen und genetischer Veranlagung. Spielt es eine Rolle, unter welchen Lebensumständen Frauen an Brustkrebs erkranken? Gibt es eine genetische Veranlagung für Leber- und Nierenerkrankungen? Warum ist die Verbreitung von Gallensteinen in Mecklenburg-Vorpommern signifikant höher als in der ganzen Welt, mit Ausnahme eines Indianerstamms in Chile? Haben schlechte Zähne im Kindesalter Einfluss auf das Wachstum – und bei Erwachsenen auf das Herzinfarktrisiko?

Ziel ist es, Grundlagen für neue Therapiekonzepte zu schaffen. "Medizinische Behandlungen haben in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte gemacht, allerdings um den Preis, dass sie heute weitgehend standardisiert sind. Die Auswirkungen von Mehrfacherkrankungen werden häufig nicht genügend berücksichtigt – das Gleiche gilt für spezifische Eigenschaften der Patienten", sagt Prof. Dr. Wolfgang Hoffmann, Direktor des Instituts für Community Medicine, also Bevölkerungsmedizin, an der Universität Greifswald. Doch gerade bei älteren Personen mit mehreren Krankheiten stoßen diese Standard-Leitlinien an ihre Grenzen. "Wir brauchen innovative Forschungs­ansätze, die schnell und effizient zeigen, wie sich solche Personen am besten und damit individuell behandeln lassen", so Hoffmann. Diese neue, individualisierte Medizin stellt die Ärzte vor große Herausforderungen, weil es keine allgemeingültigen Normalwerte mehr gibt. Voraussetzung für eine sichere Diagnose ist vielmehr immer die richtige Kombination geeigneter diagnostischer Daten. Aufgabe des Greifswalder Projektes ist es, diese für jeden individuellen Patienten aus mehr als 150 Millionen Informationen herauszufiltern.

Genetik, Bildgebung und Stoffwechsel. Im März 2008 hat der Forscherverbund Community Medicine, dem zahlreiche Einrichtungen der Medizinischen Fakultät Greifswald angehören, den dritten Untersuchungsdurchgang gestartet. Angefangen hat alles 1997: Damals wählten die Forscher 4 310 Probanden zwischen 20 und 79 Jahren als repräsentativen Querschnitt nach dem Zufallsprinzip aus der etwa 200 000 Personen zählenden Bevölkerung der Kreise von Stralsund, Greifswald und Anklam aus. Über 3 300 von ihnen stehen heute immer noch für Untersuchungen zur Verfügung. Am Ende der aktuellen Untersuchungsreihe werden die Forscher von jeder dieser Personen drei Datensätze haben: genetische Daten, Daten aus dem MRT-Scan und Daten des Metaboloms, also einer großen Vielzahl von Stoffwechselprodukten, die unter anderem von Enzymaktivitäten, Umsatzraten, Ernährung oder der Einnahme von Medikamenten abhängig sind. Werden all diese Daten mit­einander verglichen, ergibt das für jede Person über 150 Millionen Variablen.

Im Frühjahr 2008 haben die Wissenschaftler eine weitere Studie namens SHIP-Trend gestartet, für die erneut rund 5 000 repräsentative Probanden untersucht werden. Damit will der Forscherverbund sicherstellen, dass die Studie aktuell bleibt. "Der Bevölkerungsquerschnitt hat sich in den ver­gangenen zehn Jahren verändert. Die heute 20-jährigen ernähren sich anders und haben andere Lebensgewohnheiten", sagt Prof. Dr. Matthias Nauck, Direktor des Instituts für Klinische Chemie und Laboratoriumsmedizin an der Universität Greifswald.

Maßgeschneiderte Therapie. Siemens ist seit Beginn der dritten Unter­suchungsreihe an SHIP beteiligt. "In Zukunft wird es im Gesundheitswesen darauf ankommen, den Medizinern Entscheidungsgrundlagen auf Basis einer Vielzahl medizinischer Daten anzubieten", sagt Dr. Jürgen Simon, Direktor Healthcare Strategy, der für Siemens Healthcare das Projekt koordiniert. Nur so lassen sich Therapien viel stärker auf die spezifischen Eigenschaften des Patienten abstimmen. "Durch SHIP finden wir etwa he-raus, wie der individuelle Stoffwechsel auf Medikamente reagiert", so Nauck. Heute erhalten Patienten eine standardisierte Dosis – und die ist häufig zu hoch oder zu niedrig. Im schlimmsten Fall wirkt das Medikament gar nicht, weil dem Patienten zum Beispiel ein Enzym zur Aufnahme in den Stoffwechsel fehlt. Wäre dies bekannt, könnte der Arzt ein anderes Medikament wählen, das optimal aufgenommen wird.

Siemens forscht deshalb mit der Uni Greifswald, aber auch mit anderen klinischen Kooperationspartnern an Algorithmen, die in Millionen von Daten Zusammenhänge herausfinden. Spezialisten von Siemens in Malvern, Pennsylvania, suchen in den Daten nach Mustern, entweder aufgrund von medizinischen Hypothesen oder aufgrund von mathematisch-statistischen Auffälligkeiten. Die SHIP-Studie ist das umfangreichste dieser Forschungs­projekte, weil sie als einzige weltweit auch detaillierte Daten aus der medizinischen Bildgebung mit einbezieht. Durch den von Siemens zur Verfügung gestellten MRT können die Forscher auch kleinste Veränderungen in den Gefäßen der Probanden erfassen. "Damit sind unsere SHIP-Forscher erstmals in der Lage, Erkrankungen in einem ganz frühen Stadium zu erkennen", betont Dr. Henry Völzke, Studienleiter der SHIP. So können die Forscher auch überprüfen, ob gängige Vorsorgeuntersuchungen wie die jährliche Krebsvorsorge für Frauen tatsächlich reichen. Oder lässt sich Gebärmutterhalskrebs mit MRT viel früher entdecken?

Ergebnisse aus den beiden ersten Untersuchungsreihen stehen kurz vor der Veröffentlichung und werden breite Wirkung haben: "Wir forschen an Erkrankungen, die relativ häufig sind, etwa Herzinfarkt oder Schlaganfall", sagt Nauck.

Der Epidemiologie, also der Wissenschaft von Ursachen, Folgen und Ver­breitung von Krankheiten in der Bevölkerung, kommt angesichts einer in den westlichen Industrienationen alternden und damit auch kränkeren Bevölkerung eine immer wichtigere Rolle zu. In der für SHIP ausgewählten Region finden viele Prozesse der Demografie im Mikrokosmos statt: In der struktur­schwachen Region rund um Greifswald und Stralsund ist der Alters­durch­schnitt der Bevölkerung durch Abwanderung und sinkende Geburtenrate in nur zwei Jahrzehnten drastisch angestiegen. Deswegen hat die SHIP-Studie nicht nur wissenschaftliche Bedeutung für die Region, sondern untersucht ein generelles Problem der hoch industrialisierten Länder.

Musterhafte Früherkennung. Nicht nur die Therapien, auch die medizinische Vorsorge soll sich dank der SHIP-Studie verändern. Die Forscher wollen für die häufigsten Erkrankungen – wie bestimmte Krebsarten, Bluthochdruck oder Diabetes – Bündel mit einer überschaubaren Anzahl relevanter Parameter erstellen. Pro Patient müssen dann nicht Millionen von Daten abgeglichen werden, sondern nur geschätzte 50 bis 100.

"Wenn wir bestimmte Prädispositionen und Ursachen etwa für Brustkrebs klar benennen können, können sich die betroffenen Frauen darauf einstellen und eine gründlichere Überwachung in Anspruch nehmen", so Hoffmann. Auch für viele andere Volksleiden werden im Heuhaufen von Milliarden von Daten die Muster erkannt. Mit den ersten Ergebnissen ist in zwei oder drei Jahren zu rechnen. Dann können Mediziner die richtigen Therapien nicht nur schneller und effektiver bestimmen, sondern die Behandlung wird letztlich auch kosten­günstiger – ein wichtiger Aspekt für die weltweiten Gesundheitssysteme.
                                                                                                              Katrin Nikolaus