Medizin der Zukunft
Gen-Scheren, Roboter-OPs und KI-Ärzte revolutionieren unser Gesundheitssystem! Mehr über bahnbrechende Forschungsergebnisse und die Medizin der Zukunft.
Text: Karen Cop
Dank der Medizin leben wir immer länger! Laut Statista belief sich „die durchschnittliche Lebenserwartung bei der Geburt in Deutschland 2020 für Männer auf 78,9 und für Frauen auf 83,6 Jahre. Seit den 1870er-Jahren hat sie sich mehr als verdoppelt.“
Die Entwicklung fordert aber auch unser Gesundheitssystem. Die Medizin der Zukunft muss noch effizienter werden, um die Kosten nicht ins Unermessliche steigen zu lassen. Zudem wünschen sich Patienten eine auf ihre individuellen Bedürfnisse zugeschnittene Behandlung. Dementsprechend bieten Künstliche Intelligenz, Robotik und andere innovative Verfahren neue Therapieansätze. Nur ein Beispiel ist die „Massenspektromie“, ein technisches Analyseverfahren, das das klassische Blutbild ergänzen könnte. Prof. Dr. Martin Ralser, Direktor des Instituts für Biochemie der Charité Berlin, und sein Team konnten damit an Proteinen im Blutplasma von COVID-19-Patienten den Schweregrad der Erkrankung ermitteln: „Das kostet weniger als ein großes Blutbild.“ Auch für die frühzeitige Erkennung von Krankheiten sieht er ein „großes Potenzial“.
Künstliche Intelligenz (KI) als Diagnostiker und Assistenten
Künstliche Intelligenz, also Technologie mit Deep-Learning-Algorithmen, kann Krankheiten viel schneller diagnostizieren als ein menschlicher Arzt. Dies zunehmend besser, wenn immer mehr Menschen sie mit ihren Gesundheitsdaten und Daten ihrer Krankheitsverläufe „füttern“. Um die Entwicklung der digitalen Medizin voranzutreiben, wurden auch in Deutschland einige neue Fach-Institute gegründet, z. B. das Zentrum für Digitale Gesundheit des Berlin Institute of Health (BIH: www.bihealth.org) an der Charité oder der Lehrstuhl von KI-Experte Prof. Dr. Martin Hirsch an der Philipps-Universität Marburg und des Universitätsklinikums Marburg. Forscher wie er gehen davon aus, dass Ärzte froh über digitale Arzthelfer und KI-Assistenten sein werden, die dabei helfen, „seltene Erkrankungen besser zu diagnostizieren, ohne müde zu werden“ (Prof. Hirsch).
KI entschlüsselt jetzt schon präzise ganze Genome in Minuten. Wissenschaftler der TU Berlin und der Charité Universitätsmedizin Berlin sowie der Universität Oslo haben zum Beispiel ein neues Analysesystem für die Brustkrebsdiagnostik anhand von Gewebeschnitten entwickelt, das auf KI beruht. Das Wichtigste jedoch: KI-Checker und KI-gesteuerte Systeme machen es möglich, dass in Zukunft jeder mit Internetverbindung – und sei es in einem Dorf eines Entwicklungslandes – Zugriff auf wertvolles Medizinwissen haben kann, sodass bis zu einem gewissen Grad eine „Do-it-yourself“-Medizin, aber auch eine bessere, weil passgenaue Behandlung möglich sein wird – bei der Ärzte auch wieder mehr Zeit haben für ein Patientengespräch.
Stammzellen und Gen-Scheren
Krankes Gewebe durch gesundes ersetzen? Stammzellen könnten diesen Traum verwirklichen. Dann könnten bislang lebensgefährliche Krankheiten wie Krebs oder Sichelzellenanämie geheilt werden. Japanischen Forschern ist es schon im Jahr 2006 gelungen, Alleskönner-Stammzellen durch eine Umprogrammierung von Bindegewebezellen künstlich herzustellen.
Bei schwerem Blutkrebs wird eine Stammzellentransplantation aus dem Knochenmark längst angewandt, allerdings ist sie mit Risiken verbunden, da die Zellen meist von Spendern stammen und es zu Abstoßungsreaktionen kommen kann und Spender erst einmal gefunden werden müssen. Gen-Scheren wie Crispr/Cas9, für die Jennifer A. Doudna und Emmanuelle Charpentier 2020 den Chemie-Nobelpreis bekamen, könnten das Problem umgehen. Sie sind ein einfaches Werkzeug, das die Befehle für genetisch bedingte Krankheit aus der DNA schneiden oder in den Genen blockieren kann. Noch ist das Verfahren allerdings in der Testphase, vor allem vor dem Hintergrund der medizinethischen Debatte, die sich besonders zuspitzte, nachdem ein chinesisches Forscherteam das Erbgut von Zwillingen mithilfe von Crispr verändert hat.
Forscher züchten künstliche Organe
Im Jahr 2020 haben in Deutschland 913 Menschen nach dem Tod ein oder mehrere Organe gespendet. Laut Bundeszentrale für gesundheitliche Aufklärung (BZgA) und Eurotransplant standen am 1. Januar 2021 rund 9.200 Menschen auf der Warteliste. Künstliche Organe könnten die Rettung für die meisten von ihnen sein!
2019 stellten Forscher der Universität Würzburg eine Methode vor, mit der sich Organmodelle züchten lassen: „Wir haben zunächst aus Alleskönner-Stammzellen sogenannte mesodermale Vorläuferzellen erzeugt“, führt Dr. Philipp Wörsdörfer aus. Diese können Bindegewebezellen, Blutgefäße und Immunzellen bilden. „Tissue Engineering“, „Bio-Printing” und „Bio-Tinte” sind weitere Stichworte, die in der Medizin der Zukunft dazu führen sollen, dass Gewebe, Gefäße und Organe 3D-gedruckt werden können wie bereits Hüften. Um Gefäße und Herzzellen herzustellen, ist es jedoch noch ein langer Weg, wie auch der Galileo-Beitrag mit Forscher Dr. Harald Ott zeigt, der Herzen maßschneidern möchte.
Roboter operieren Patienten
Roboter mir Stahlarmen, an denen Instrumente befestigt sind, arbeiten heute bereits regelmäßig in der Chirurgie. Sie führen präzise Schnitte aus oder verbinden kleinste Gefäße bei minimalinvasiven Operationen. Auch nach Stunden konzentrierten Arbeitseinsatzes fallen ihnen die Augen nicht zu.
Das Da-Vinci-Operationssystem wurde bereits in den 1980er-Jahren entwickelt; heute operieren weltweit Tausende, vor allem an der Prostata. Die Systeme werden von Menschen gesteuert und beurteilt. Ein Forschungsteam des Universitätsspitals Bern wies allerdings nach, dass KI auch die Fertigkeiten von Chirurgen bewerten kann. Prof. Guido Beldi erklärt: „Die Studie ist ein erster Schritt. Nachdem wir die grundsätzliche Machbarkeit gezeigt haben, können wir die Planung von Assistenzsystemen in Angriff nehmen, die Chirurgen während der Operation unterstützen. Sie werden sie zum Beispiel darauf hinweisen, wenn sie eine Ermüdung feststellen, und können zur Vermeidung von Komplikationen beitragen.“ So arbeiten in der Medizin der Zukunft Menschen und Roboter Hand in Hand.
Bahnbrechende „Geriatronik“
Anfang 2021 forderte das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Hightech-Strategie 2025 der Bundesregierung zu Forschungsprojekten zur „Entwicklung zum Einsatz von KI-Systemen im Pflegealltag“ auf. Denn die Pflege bleibt eine der größten Herausforderungen des Gesundheitssystems und der Medizin der Zukunft. Die Geriatronik soll mit Robotik, Mechatronik, maschineller Intelligenz und 3D-Technologie bei der medizinischen Versorgung älterer Menschen helfen und ein selbstbestimmtes Leben im Alter unterstützen. Die Munich School of Robotics and Machine Intelligence (MSRM) arbeitet deshalb längst an der Entwicklung des „autonomen Service-Humanoiden GARMI, mit feinfühligen Händen sowie einem multimodalen Roboterkopf“, berichtet Uli Benz für die TU München.
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GARMI, der Pflegeroboter, soll Pflegekräfte entlasten. Er soll aber auch einkaufen gehen, eine Schnittstelle zum Arzt bilden und melden, wenn sein Mensch medizinische Unterstützung braucht. Hier ist zu sehen, was GARMI schon kann:
Zur Autorin: Karen Cop träumt jetzt von einem eigenen Roboter-Doc, der ihr mit den Medikamenten auch das Frühstück ans Bett bringt, wenn sie mal alt ist.
Stand: August 2021
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