XplOit – Forschungsprojekt unter Mithilfe des Universitätsklinikums des Saarlandes

Bild: Stammzellen werden zur Behandlung von Leukämie eingesetzt - „XplOit“ hilft, Behandlung zu individualisieren. Bildquelle: www.BillionPhotos.com – 272473859 / Shutterstock.com
Computergenerierte Abbildung von Stammzellen


Die positiven Veränderungen in der Medizin haben vor allem in den letzten Jahrzehnten zur Ausrottung zahlreicher Krankheiten geführt bzw. die Heilung von einst unheilbaren Krankheiten ermöglicht. Nun gilt es, diesen Weg fortzuführen und mit der technischen Entwicklung neue Wege zu finden, Krankheiten zu bekämpfen und Menschenleben zu retten
.

Die fortschreitende Digitalisierung findet auch in der Medizin immer mehr Anwendungsgebiete und kann in verschiedenen Bereichen deutliche Verbesserungen für Patienten sowie einen einfacheren Arbeitsablauf für das Fachpersonal herbeiführen. Doch auch in Bezug auf die Behandlungsarten könnte geeignete Software in Zukunft eine hilfreiche, gar lebensrettende Stütze sein.

Da jeder Patient sich von anderen abhebt und trotz gleicher Krankheit individuell betrachtet werden muss, somit auch die Behandlungen nicht bei jedem Menschen gleich anschlagen bzw. unterschiedliche negative Begleiterscheinungen auftreten können, ist eine individualisierte Behandlung notwendig. Um diese zu vereinfachen, ist die Informatik ein ideales Hilfsmittel, wie aktuelle Forschungsansätze beweisen.

Riesige Datenmengen als Grundlage für medizinische Vorhersagen

„XplOit“ fällt beim BMBF unter die Initiative i:DSem – integrative Datensemantik in der Systemmedizin. Der Forschungszeitraum reicht vom 01.03.2016 bis zum 28.02.2021. Für die Entwicklung der mathematischen Vorhersagemodelle ist die Einspeisung einer großen Menge an Patientendaten in ein Informationssystem vonnöten.

Vereinfacht gesagt ist dies zu vergleichen mit der Berechnung von Wahrscheinlichkeiten beim Roulette oder anderen Glücksspielen. Ein Software-Experte für Online-Casinos von online-casino.de sieht Parallelen beim Thema softwaregestützte Vorhersagen. „Beim Roulette versuchen Forscher mithilfe von Computern, große Mengen an Zahlenfolgen zu untersuchen. Zum Beispiel: Mit welcher Wahrscheinlichkeit kommt als nächstes Rot, Schwarz oder etwa die Zahl 17? Sind Muster zu entdecken, kann dies zur Entwicklung gewinnbringender Strategien führen.“

Nun gilt es, mit den Daten vieler Patienteninformationen ähnlich vorzugehen. Doch im Gegensatz zu den Spielern, die seit über zweihundert Jahren beim Roulette ihre Gewinnchance berechnen, wird das erste prototypische Vorhersagemodell für die Stammzelltransplantationsmedizin für Anfang 2019 erwartet. Bereits im Herbst 2018 soll eine erste Basisversion der „XplOit“-Plattform für die beteiligten Kliniken und die Modellentwickler zur Verfügung stehen.

Die Projektpartner des Forschungsprojekts

In diesem Zusammenhang arbeitet das Universitätsklinikum des Saarlandes mit verschiedenen Partnern nun unter der Leitung des Fraunhofer Instituts an dem Projekt, welches die Entwicklung präziser Vorhersagemodelle zur Bestimmung von Komplikationen bei Patienten ermöglichen soll. Unterstützt vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) sind folgende Parteien an der Entwicklung beteiligt:

  • Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik IBMT, St. Ingbert
  • Universität des Saarlandes
  • Max-Planck-Institut für Informatik, Saarbrücken
  • Universitätsklinikum Essen
  • Averbis GmbH, Freiburg


Zunächst wird die Entwicklung der Plattform auf die Behandlung nach Stammzelltransplantationen optimiert, um lebensbedrohliche Komplikationen frühzeitig erkennen bzw. verhindern zu können. Blutbildende Stammzellen werden zur Behandlung von Leukämie transplantiert, wodurch es unter anderem zu Virusinfektionen oder Abstoßungsreaktionen kommen kann.

Datenschutz soll jederzeit gewährleistet sein

Da klinische Patientendaten zusammengeführt und analysiert werden müssen, spielt der Datenschutz natürlich eine übergeordnete Rolle; es handelt sich schließlich um sehr sensible Daten. Zuständig für den Datenschutz und die Entwicklung der Pseudonymisierungstools ist die Klinik für Pädiatrische Onkologie und Hämatologie der Universität des Saarlandes. Aber auch andere Teile des Universitätsklinikums Saarland sind mit in die Entwicklung des Projektes eingebunden:

  • Institut für formale Ontologie und medizinische Informationswissenschaft (IFOMIS): Ist hauptverantwortlich für das semantische Integrationsframework der „XplOit“-Plattform
  • Klinische Pharmazie: Arbeitet zusammen mit dem Max-Planck-Institut für Informatik an der Modellentwicklung
  • Klinik für Innere Medizin: Ist verantwortlich für klinische Expertise und Datenerhebung
  • Institut für Virologie: Ist ebenfalls verantwortlich für die klinische Expertise und Datenerhebung


Die klinische Expertise und Datenerhebung wird vom Universitätsklinikum Essen, genauer von der Klinik für Knochenmarktransplantation und dem Institut für Virologie, unterstützt. Die Firma Averbis ist für das Extrahieren der Daten aus den klinischen Textdokumenten verantwortlich und stellt hierfür unterschiedliche Informatikwerkzeuge bereit. Geleitet und koordiniert wird das Projekt vom Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik (IBMT), welches auch an der Extraktion und Analyse der Patientendaten mitwirkt.

Forschungszeitraum bis 2021 vom BMBF unterstützt

Somit steht für die nächsten fünf Jahre ein großes Team an Experten aus den verschiedensten Bereichen, darunter Medizin, Systembiologie, Computerlinguistik und der Bioinformatik, zur Verfügung, dass das Projekt betreut. Nachdem das Team zunächst eine möglichst große Anzahl an Daten zusammengefasst und analysiert hat, werden mathematische Vorhersagemodelle erstellt.

Daraufhin werden klinische Studien durchgeführt, die die Erkenntnisse auf ihre Vorhersagegenauigkeit hin überprüfen sollen. Erst dann wird es möglich sein, durch die Kombination verschiedener Beurteilungssysteme Rückschlüsse auf den Krankheitsverlauf anderer Patienten zu ziehen. Dadurch sollen individualisierte Therapien rechtzeitig eingeleitet und mögliche Komplikationen oder Krankheitsrückfälle verhindert werden.

Um das Projekt zu unterstützen, stellt das BMBF Gelder in Höhe von 5,2 Millionen Euro zur Verfügung, wovon etwa 1,3 Millionen Euro an die Universität des Saarlandes gehen. Findet das Projekt Einzug in den Arbeitsalltag weiterer Kliniken, können in Zukunft Patienten von einer besseren und individualisierten Behandlung profitieren und die Krankheit besser verstehen. Die Kliniken profitieren von mathematischen und systemmedizinischen Modellen, wodurch die Arbeit mit den Patienten vereinfacht und zielführender werden soll.

Bildquelle: www.BillionPhotos.com – 272473859 / Shutterstock.com

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