Pictures of the Future Herbst 2008
Früherkennung in der Medizin – Trends
Alles umfassende Medizin
Von Genen über Proteine zu Zellen, Organen und dem ganzen Organismus des Menschen verschaffen sich Wissenschaftler einen systematischen Überblick über unsere Funktionsweise. Dazu verknüpfen sie die Resultate von Labortests mit Diagnose-bildern, speichern die Erkenntnisse in intelligenten Datenbanken und entwickeln Strategien für die Früherkennung und gezielte Behandlung.
Alles hängt zusammen: Vom einzelnen Molekül im Erbgut des Menschen über die Proteine und ganzen Zellen bis zu den Organen – die moderne Medizin gewinnt überall neue nützliche Erkenntnisse.
Ein gewaltiges Puzzle wird gerade zusammengesetzt. Es beginnt bei den Genen und Proteinen, die in unserem Körper viele Prozesse starten, beschleunigen, bremsen und beenden. Dazu kommen ganze Zellen und die komplexen Zellgemeinschaften, die individuelle Gewebe bilden. Das Puzzle setzt sich fort in der Welt der Organe bis zum gesamten Organismus. Und bei all diesen Puzzleteilen gilt es immer, zwischen normal funktionierenden und kranken Elementen zu unterscheiden. Forscher bezeichnen dieses Puzzle als Systembiologie. Es reicht von Molekülen bis zum Menschen und es ist der Schlüssel zur Früherkennung von Krankheiten.
Ähnlich der holistischen Vision der Systembiologie strebt Siemens eine Integration an, die aus informationstechnischer Sicht alle Teile des Puzzles zusammensetzen könnte – die medizinischen Bildgebungstechnologien (siehe Bildgebende Verfahren) ebenso wie die In-vitro-Diagnostik im Labor (siehe Neue Bluttests und Vista) und die medizinische Informatik (siehe Gesundheitsstudie) sowie viele Anwendungen, etwa Früherkennung von Brustkrebs und Krebsmetastasen (siehe Brustkrebsvorsorge und Brustkrebs-Prognose), Prostatakrebs, Alzheimer oder Herz-Kreislauf-Erkrankungen (siehe Neue Bluttests).
Dazu sagt Dr. Bernd Montag, CEO der Imaging and IT Division von Siemens Healthcare: "Was uns einzigartig macht, ist die Kombination molekularer Diagnostik und Bildgebung mit modernen Informations- und Workflow-Systemen. Diese Systeme integrieren die Resultate aus verschiedenen In-vitro- und In-vivo-Verfahren und wandeln sie zusammen mit patientenspezifischen Daten in Erkenntnisse um, die der Arzt dann für eine optimierte Behandlung nutzen kann. Dies ist es, was letztlich eine personalisierte, auf den einzelnen Patienten maßgeschneiderte, Medizin ermöglicht."
Durch die Übernahme der Unternehmen Diagnostic Products Corporation, Bayer Diagnos-tics und Dade Behring ist Siemens Healthcare laut Donal Quinn, CEO der Diagnostics Division, jetzt nicht nur Weltmarktführer der 20 Mrd. € schweren Branche der In-vitro-Diagnostik (IVD), sondern konnte auch seine Marktstellung bei bildgebenden Verfahren ausbauen.
Um das Synergiepotenzial der In-vitro- und In-vivo-Diagnostik und der modernen IT zu verstehen, muss man wissen, dass beispielsweise immer mehr Bluttests mit Daten aus bildgebenden Verfahren verknüpft werden können. So können viele Krankheiten, von Krebs bis zu kardiovaskulären und neurologischen Krankheiten – zumindest im Prinzip – durch Bluttests erkannt werden. Oft ist das Erbgut verändert, und die Zellen bilden Proteine, die sich von denen unterscheiden, die von physiologisch normalen Zellen stammen. Solche Proteine können auf die Zelloberfläche wandern, wo sie dann in den Blutkreislauf gelangen.
"Wenn diese Proteine – auch als Biomarker bekannt – durch Bluttests erkannt werden, ist der nächste logische Schritt die Lokalisierung der Biomarkerquelle mittels Bildgebung und dann die Auswertung durch IT", erklärt Dr. Walter P. Carney, Leiter von Oncogene Diagnostics in Cambridge, Massachusetts, einem Unternehmen von Siemens. "Wir wollen zirkulierende Biomarker mit Markern kombinieren, die durch Bildgebungssysteme sichtbar werden, um Pathologien früher sichtbar zu machen und sie in vivo zu verstehen. Das Ergebnis ist dann die Verbindung von Technologien der Früherkennung mit personalisierten, gezielten Therapien – kurz: die Verbindung der Informationen aus den In-vitro- und In-vivo-Welten."
Genau das passiert gerade. In der Siemens-Forschungseinrichtung für Biomarker in Los Angeles entwickeln Forscher beispielsweise Marker, die durch Bildgebungsverfahren sichtbar gemacht werden und die an spezifische arteriosklerotische Läsionen andocken. Solche Schädigungen, auch vulnerable Plaques genannt, gelten weltweit als einer der Hauptgründe für Notfalleinweisungen, da sie häufig aufbrechen und dann einen Schlaganfall oder eine Herzattacke verursachen.
Mit dem für die nächsten Monate geplanten Beginn der klinischen Tests in einem Klinikum in Los Angeles setzt man große Hoffnungen auf die neuen Bildgebungs-Biomarker. Hartmuth Kolb, Vice President von Siemens Molecular Imaging Biomarker Research: "Was man mit der Angiographie als physische Stenosen sieht, müssen nicht zwingend die vulnerable Plaques sein. Oft sind sie weitgehend verborgen. Aber wir hoffen, sie mit dieser neuen Technologie künftig sichtbar machen zu können."
Dafür werden die Biomarker, die spezifisch an die von vulnerable Plaques produzierten Proteine andocken sollen, mit dem neuen HD PET-CT Scanner von Siemens dargestellt, einem hochauflösenden Gerät, das Computer- und Positronenemissions-Tomographie kombiniert. Wenn die Plaques genau lokalisierbar sind, können die Ergebnisse für künftige Angiographien genutzt werden, damit Kardiologen ein Aufbrechen gefährlicher Läsionen und dadurch verursachte Arterienverschlüsse verhindern können.
Ein noch weitergehendes Szenario verfolgt Dr. Mukesh G. Harisinghani (siehe Interview), Direktor des Clinical Discovery Program am Center for Molecular Imaging Research des Massachusetts General Hospital (MGH) in Boston. Er erklärt, dass sich am MGH entwickelte magnetische Nanopartikel so modifizieren lassen, dass sie "spezifische Rezeptortypen auf den Zellen identifizieren können, die vulnerable Plaques bilden." Daher prophezeit er eine Weiterentwicklung der Angiographie: "Ein kleiner Katheter, den Siemens bereits entwickelt, wird in stark gefährdete Gefäße eingeführt, um Nanopartikel gezielt an vulnerable Plaques andocken zu lassen." Dort wären sie dann dank fluoreszierender Moleküle, die sich ebenfalls auf den Partikeln befinden, über Infrarot-Bildgebungsverfahren sichtbar. Zur Behandlung könnten weitere Nanopartikel injiziert werden, die ein Therapeutikum enthalten und speziell die vulnerable Plaques ansteuern.
Automatisch neues Wissen gewinnen. Nirgends werden die Komplexität der Gesundheitsversorgung und die Spannweite der Molekül-Mensch-Vision offenkundiger als in ihrem Bezug zur Informationstechnologie. Hier geht es darum, die Ergebnisse von Abermillionen automatisierter In-vitro-Tests mit Patientendaten zu verknüpfen und daraus neues Wissen zu gewinnen. Hier werden CT, PET und MR (Magnetresonanz) miteinander (PET-CT, PET-MR) und mit neuen Technologien wie der optischen Bildgebung kombiniert, um noch genauere Informationen zu erhalten. Und hier wird durch Biomarker und magnetische Nanopartikel, radioaktive Marker und fluoreszierende Moleküle eine Revolution in der Früherkennung ausgelöst.
Wie lässt sich aus all diesen Informationen etwas schöpfen, das die Entscheidungsprozesse der Ärzte bestmöglich unterstützt? Eine sehr fortschrittliche Infrastruktur hierfür basiert auf Soarian, der Workflow-Lösung von Siemens für das Gesundheitswesen. Von der Verwaltung bis zum Klinikmanagement integriert Soarian Daten und präsentiert sie logisch und intuitiv aufbereitet den Ärzten. "Es stellt klinische Langzeitinformationen eines Patienten – etwa frühere Krankheiten – und die aktuellsten Daten, wie lebenswichtige Werte, Medikamente und Testergebnisse, als webbasierte elektronische Patientenakten zur Verfügung", sagt Tom Miller, CEO der Siemens Healthcare Division Workflow & Solutions (siehe Rhönkliniken). "Wenn wir die Ära der personalisierten und prädiktiven Medizin betreten, werden solche Systeme auch genetische Veranlagungen und andere Informationen liefern, die die Ärzte warnen und leiten, zum Beispiel bei der Festlegung von Vorsorge-Maßnahmen, früher Diagnose und der passenden Behandlung."
Nach und nach werden viele Soarian-Funktionen mit der patentierten Remind-Plattform von Siemens verbunden werden (Pictures of the Future, Frühjahr 2008, Remind und Digitale Assistenzärzte). Remind kann Bilder, Labor- und Gen-Resultate eines Patienten mit solchen von Patienten mit ähnlichen Bedingungen vergleichen und so die Ärzte bei der Entscheidungsfindung und Früherkennung von Krankheiten unterstützen.
Künftig werden Daten vieler Quellen in Soarian-Remind-Umgebungen zusammenfließen. So nutzen Siemens-Forscher im Rahmen des von der EU finanzierten Health-e-Child-Programms kommerziell erhältliche Gen-Chips, "um nach DNS-Veränderungen im Zusammenhang mit Gehirntumoren bei Kindern zu suchen", sagt Dan Fasulo vom Integrated Data Systems Department bei Siemens Corporate Research (SCR) in Princeton. "Langfristig soll dies zur Entwicklung eines Chips führen, der genetische Veranlagungen für Kinderkrankheiten erkennen kann." Wenn die Forscher gelernt haben, solche Mutationen zu entdecken und Strategien für die Behandlung der damit verbundenen Krankheiten zu entwickeln, dann wird dieses Wissen auch in Systeme zur Entscheidungsunterstützung einfließen – um letztlich alle Kindern zu helfen.
"Health-e-Child soll den Aufbau der Wissensbasis für die Früherkennung von Krankheiten bei Kindern fördern", sagt Paul Camuti, Leiter von SCR. "Es ist eines von vielen Systemen, die uns helfen, verschiedene Teile eines komplexen Puzzles zusammenzusetzen, um herauszufinden, welche diagnostischen und therapeutischen Kombinationen die besten Ergebnisse erzielen. Dies ist dann der Paradigmen-Wechsel von einer Behandlung über Versuch und Irrtum wie in der Vergangenheit zur wissensbasierten Diagnostik der Zukunft."
Arthur F. Pease