»Der digitale Patient«

Weiß man denn über all die im Körper ablaufenden Prozesse genug, um den Zwilling entsprechend präzise bauen zu können?

Wir wissen inzwischen recht viel über die molekularen Mechanismen, also wie Zellen arbeiten und miteinander kommunizieren. Aber wir wissen natürlich nicht alles. Hinzu kommt, dass Lebewesen keine Maschinen sind. Sie sind permanenten Veränderungsprozessen unterworfen, und allein deshalb wird man ihre molekulare Komplexität wohl nie nachbauen können. Aber das ist in der Konstruktion eines digitalen Patienten-Zwillings vermutlich auch nicht notwendig. Wir müssen abstrahieren und uns darauf beschränken, einzelne Organe oder physiologische Prozesse nachzubilden. Und dabei ist man durchaus erfolgreich. Es gibt etwa bereits ein digitales Zwillingsherz, mit dem Kardiologen arbeiten. Dieses Beispiel zeigt auch, wie umfangreich die Datenbestände sind, die einem bald nach dem Start entgegenfluten. Aber auch, wie viele Daten Mediziner schon zuvor benötigen, um sinnvoll mit dem Patienten-Zwilling arbeiten zu können.

Welche Rolle spielt Künstliche Intelligenz bei der Arbeit mit diesen großen Datenmengen?

Künstliche Intelligenz spielt hierbei eine Schlüsselrolle: Es sind viele unterschiedliche Daten und Quellen zu berücksichtigen – das lässt sich ohne KI-Unterstützung gar nicht mehr bewerkstelligen. Nur über das Zusammenführen riesiger Datenbestände unterschiedlicher Herkunft dürften sich absehbar etliche Erkrankungen weitaus früher als bislang detektieren oder Krankheitsverläufe über den Vergleich mit vielen anderen von der Erkrankung ebenfalls betroffenen Patientinnen und Patienten vorhersagen lassen. Ich halte es für essenziell, dass wir im medizinischen Bereich sichere KI-Systeme etablieren. Entscheidend ist dabei auch: Je komplexer, verzahnter und schwerer zu begreifen es dadurch wird, umso besser muss es erklärt werden. Die Vorgänge und Prozesse rund um den Einsatz von KI sollten möglichst für jeden transparent und nachvollziehbar sein. Dies würde auch das Vertrauen in diese Systeme stärken.

Welchen Herausforderungen begegnen Sie dabei?

Da warten gleich eine ganze Reihe Fragen, darunter ungelöste technischer Art oder schwierige wie diese: Wer darf auf bestimmte Daten zugreifen und von wo? Wer autorisiert die Zugriffe? Ein zweiter Block betrifft die Verlässlichkeit der verwendeten Algorithmen, die den Analysen zugrunde liegen. Ein besonders kritischer Blick sollte auf den Berechnungen, generalisierbaren Aussagen und Schlüssen liegen, die mittels statistisch-mathematischer Hilfe gezogen werden – und dies gilt umso mehr, je mehr die Erkenntnisse und Botschaften nach außen getragen oder sogar klinische Entscheidungen für Personen getroffen werden.

Und an welchen Lösungen technischer Art arbeiten Sie aktuell noch?

Um einen digitalen Patienten-Zwilling erstellen zu können, benötigen wir eine große Menge qualitativ hochwertiger Daten: Langzeitdaten über das ganze Leben. Doch selbst wenn all diese Daten vorlägen, wäre es trotz KI eine technische Herausforderung, die Informationen aus verschiedenen Datenquellen in einen gemeinsamen Kosmos zu integrieren – von den regulatorischen, ethischen und juristischen Hürden mit Blick auf den Datenschutz einmal abgesehen. Mithilfe der digitalen Patienten-Zwillinge sollten sich viele Erkrankungen frühzeitig erkennen lassen – im besten Fall, bevor die Patienten Symptome spüren. Ich bin sicher, wir erreichen dieses Ziel, wenn auch in etwas fernerer Zukunft.

© bdw-Grafik/Kai-Oliver Roth; Quellen: DSI UZH Bevölkerungsumfrage 2023, north100*, Awesome, SVIATOSLAV, Comauthor, alekseyvanin, Vector Icons, Galina/stock.adobe.com

Welche Zwischenziele haben Sie schon erreicht?

In der industriellen Produktion werden digitale Zwillinge in der Automatisierung und Überwachung bereits äußerst erfolgreich eingesetzt. Wir prüfen momentan, ob sich daraus Erkenntnisse auf den Einsatz in der Medizin übertragen lassen. Denn die digitalen Patienten-Zwillinge stehen noch am Anfang des Entwicklungsprozesses. Sie sind noch längst nicht im medizinischen Alltag angekommen. Es finden sich weltweit nur einige wenige Beispiele klinischer Studien mit digitalen Patienten-Zwillingen – insbesondere Diabetes dient hier mehrfach als Modellkrankheit.

Bei welchen anderen Erkrankungen könnten digitale Zwillinge zum Einsatz kommen?

Zum Beispiel bei Erkrankungen der Lunge. Ein digitaler Lungen-Zwilling wird auf den einzelnen Patienten maßgeschneidert. Dieser Zwilling soll es Ärzten künftig ermöglichen, mittels Computer vorab verschiedene Behandlungs- und Beatmungsmethoden durchzutesten. Dabei ist es das Ziel, jeden Patienten gleich so schonend wie möglich zu beatmen. Durch neue Erkenntnisse, denen zufolge längst nicht jeder – auch schwer am Atmungsorgan Belastete – eine starke Beatmung benötigt, und auf Basis der Zusammenführung und Auswertung großer Datenbestände wissen die Mediziner nun, dass Patienten selbst bei akutem schwereren Lungenversagen teils schonender als bisher beatmet werden können.

Das klingt nach einem großen Aufwand. Kann unser Gesundheitssystem die digitale Medizin überhaupt finanzieren?

Sicherlich sehen wir aktuell die Tendenz, dass die Behandlungsansätze der modernen Medizin sehr teuer sind: etwa die zellbasierten CAR-T-Zell-Therapien in der Krebsbehandlung. Langfristig werden die Kosten hierfür aber sinken. Unser Versuch, die Technologie der digitalen Zwillinge aus der klassisch-industriellen auf die pharmazeutische Produktion zu übertragen, zielt in diese Richtung. Ließe sich die Herstellung der zellbasierten (Krebs-)Therapien nach industriellem Vorbild automatisieren, könnten Kosten erheblich gespart werden. Ich finde es deshalb wichtig, einmal auf die englischen Begriffe zu schauen: precision medicine und personalized medicine. Diese meinen nicht genau das Gleiche, im Deutschen geht der Unterschied aber häufig verloren. Präzisionsmedizin meint, die richtige Therapieoption für eine Person auszuwählen. Damit lassen sich vermutlich Kosten einsparen – führt dies doch weg von den teuren, individualisierten Therapien der personalisierten Medizin. Mit digitalen Patienten-Zwillingen lassen sich behandlungsbedürftige Nebenwirkungen reduzieren und Krankschreibungen samt hoher Kosten verhindern.

Ein weiterer kritischer Punkt ist das Thema Datenschutz. Sind die Sorgen mancher Menschen berechtigt?

Ich kann die Ängste absolut nachvollziehen. Denken wir beispielsweise einmal an die Diskussionen um die elektronische Patientenakte – diese sammelt und archiviert viele wichtige Informationen, die auch in den digitalen Zwilling einfließen sollen. Es ist bitter zu erleben, wie viel Vertrauen bei diesem Thema verspielt wurde. Immerhin wird daran schon lange gearbeitet, doch noch immer ist die elektronische Patientenakte nicht flächendeckend ausgerollt. Während dieser Zeit wurde nicht wirklich fundiert und transparent über den Nutzen der elektronischen Patientenakte informiert. So wundert es nicht, dass sich inzwischen tief sitzende Ängste in Teilen der Bevölkerung manifestiert haben – vor allem mit Blick auf den Datenschutz. Die Haltung dieser Bürger dazu wird sich nur ändern, wenn man sie mitbestimmen lässt, was mit ihren medizinischen Daten geschieht und wie diese genutzt werden dürfen. Es geht hier um Selbstbestimmung und Souveränität, zwei sehr hohe Güter. Deren Bedeutung wächst noch, bedenkt man, dass es sich im Gesundheitsbereich um durchweg hochsensible Daten handelt. Rein technisch gesehen, ist eine solche Datennutzungskontrolle absolut realisierbar.

© bdw-Grafik/Kai-Oliver Roth; Quelle: Deloitte Befragung 2024 unter 1000 krankenversicherten Deutschen ab 18 Jahren

Welche Bedeutung hat die Freigabe der Daten für die Forschung?

Gesundheitsbezogene Daten haben für den Fortschritt in der Medizin eine grundsätzliche Relevanz. Ohne solche Gesundheits- und vor allem Langzeitdaten für wissenschaftliche Studien nutzen zu können, werden sich nicht in dem Maße, wie es möglich wäre, neue Therapien ergeben und Behandlungen verbessern lassen. Die technischen Möglichkeiten, die aktuell bereits bestehen, sind beachtlich. Aber man muss sie auch ausschöpfen können. Dieser Aspekt wird gesellschaftlich praktisch nie diskutiert. Doch nur wer über den persönlichen Nutzen solcher Techniken und Entwicklungen bis in die Details hinein aufklärt, gewinnt gesellschaftliche Akzeptanz. Bedenken jedenfalls sollte man immer ernst nehmen und, wenn möglich oder nötig, auch in die digitalen Lösungen integrieren und entsprechend auffangen. Prinzipiell sollten Patienten die Souveränität über ihre privaten Daten behalten und einsehen können, wer worauf Zugriff hat. Allerdings ist es für die Forschung und die Gesellschaft essenziell, auf anonymisierte große Datensätze zugreifen zu können.

© bdw-Grafik/Kai-Oliver Roth; Quelle: DSI UZH Bevölkerungsumfrage 2023 unter 1472 Schweizern ab 16 Jahren

Was sorgt außerdem für Diskussionsstoff?

Im Rahmen der immer besser werdenden medizinischen Vorhersagen, die wir langfristig über digitale Zwillinge realisieren wollen, werden wir wichtige ethische Fragen beantworten müssen. Wenn sich etwa zuverlässig vorhersagen lässt, dass ein Patient an Demenz oder Parkinson erkranken wird: Will er das im Alter von 18 Jahren wissen? Aktuell gibt es für beide Erkrankungen keine heilende Therapie. Auch solche Aspekte sind unbedingt zu berücksichtigen.

Werfen wir einen Blick in die Zukunft. Wer stellt künftig die Diagnose: der Arzt oder der Computer?

Das ist eine heikle Frage. Ich hoffe, dass es nicht zu solch einem Entscheidungskonflikt Mensch versus Maschine kommt. Eigentlich sollte es doch darum gehen, Ärztinnen und Ärzte durch sinnvolle KI-Systeme zu entlasten. Zwar sind bildgebende Verfahren in der Diagnostik dem menschlichen Auge oft überlegen. Dennoch ist der unmittelbare, direkte Kontakt zwischen den Akteuren essenziell und sollte von technischen Lösungen unterstützt, aber auf keinen Fall durch diese ersetzt werden. Ich bin überzeugt: Durch die digitalen Zwillinge wird die Versorgung mit dem Gut Gesundheit im Land noch besser. Außerdem wird (be-)greifbarer, was unser Gesundheitssystem ausmacht und zu leisten vermag. Sollten die skizzierten Entwicklungen rund um die digitale Medizin Erfolg haben, käme das einer Revolution im Gesundheitswesen gleich.