Künstliche Intelligenz ist kein Luxus mehr

1. Ohne Künstliche Intel-
ligenz wird es bald
unmöglich sein, kranke
Menschen optimal zu
behandeln und mit
den besten Arzneien
zu versorgen. Vor allem
in der Krebstherapie
geben erste Erfolge
Anlass zur Zuversicht.
„KI ist kein
Luxus mehr“
Eine Diagnose von Christian Buck
und Lichtbilder von Fred Merz und Nino Halm
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2. M
öhren, Obstsaft, Kräuterpillen, Akupunktur, Ab-
führmittel: Nichts wirkte gegen den 2003 entdeck-
tenBauchspeicheldrüsenkrebsvonSteveJobs.Nach
neunMonatengabderApple-GründerseineAlternativversu-
cheauf,OperationundChemotherapiewarenunvermeidlich.
Aber damit war der Krebs nicht besiegt. Als er später wie-
derkehrte, setzte Jobs nicht mehr auf obskure Medizin, son-
dern auf das, womit er sich am besten auskannte: Technik. Er
warunterdenersten20Patientenweltweit,derenErbgutund
Tumor-DNA komplett analysiert wurden. Mehr als 100.000
Dollar kostete das damals – aber es versprach auch etwas im
wahrsten Sinne des Wortes Einzigartiges: eine Behandlung,
die genau auf die genetischen Eigenschaften von Jobs’ Krebs
zugeschnitten war.
DankderdetailliertenInformationenüberdieMutationen
in den Tumoren konnten die Ärzte Medikamente auswählen,
die gezielt gegen die molekularen Besonderheiten der entar-
teten Zellen gerichtet waren.
Am Ende half auch das nichts, im Oktober 2011 starb Steve
Jobs trotz der Hochtechnik-Behandlung. Aber beim Kampf
mit seiner Krankheit hatte er sich ein letztes Mal als Pionier
erwiesen–denneinepersonalisierteMedizin,bisweilenauch
Präzisionsmedizin genannt, steht heute immer mehr Patien-
ten zur Verfügung.
Die Idee dahinter: Jeder Erkrankte soll mit einer auf ihn
maßgeschneidertenTherapiezumrichtigenZeitpunktbehan-
delt werden. Fortschritte in der Grundlagenforschung, preis-
werteDNA-AnalysenundderEinsatzvonKünstlicherIntelli-
genz(KI)macheneszunehmendmöglich,zielgerichtetgegen
die Besonderheiten von Krankheiten wie Krebs anzugehen.
Voraussetzung für ihren Erfolg sind detaillierte Einblicke
in die molekularen und biologischen Prozesse im Körper ei-
nesPatienten.DaranarbeitenForscherwieAltunaAkalinund
seine Kollegen vom Berliner Institut für medizinische Sys-
tembiologie in einem nagelneuen Gebäude in der Nachbar-
schaft der Charité.
Der Bioinformatiker kann Daten von Krebspatienten mit-
hilfe von KI in Untergruppen einteilen, die am besten auf un-
terschiedliche Medikamente ansprechen: „Im Prinzip lässt
sich das auf jede Art von Krankheit anwenden – man braucht
nur genügend Daten, um die Modelle zu trainieren.“
Vorbehalte gegen den Einsatz der Künstlichen Intelligenz
als medizinische Entscheidungshilfe kann er nicht nachvoll-
ziehen:„DieKIwirddenArztimmernurunterstützenundnie
selbst entscheiden, außerdem sind Assistenzsysteme streng
reguliert und werden vor ihrem Einsatz gründlich getestet.“
Dafür könnten Patienten von maßgeschneiderten Therapien
und längeren Überlebenszeiten profitieren.
Manchetundiesbereitsheute.„WirsequenziereninderRe-
gel800bis850GeneeinesTumors,diefürdiepersonalisierte
BehandlungdesPatientenrelevantsind“,sagtProfessorNisar
Malek vom Zentrum für Personalisierte Medizin am Unikli-
nikum Tübingen (s. Interview auf Seite 55). „Auf diese Weise
erhaltenwirInformationenüberveränderteEiweißeimKör-
per, für die wir dann wiederum die passenden Medikamente
einsetzen können.“
KI bringt Ordnung ins Chaos
Heute ist das kein Problem mehr, denn solche Genanalysen
kosten nur noch wenige Hundert Euro, und dank des rapiden
Preisverfalls bei der DNA-Sequenzierung sind Einblicke ins
Erbgut inzwischen kein Privileg mehr von Milliardären wie
Steve Jobs.
Neben dem Erbgut von Patient und Tumor spielen unter
anderemauchdieProteineunddieMikroorganismenimKör-
per des Patienten eine wichtige Rolle für die Therapie. Fasst
mandieseundweitereInformationen,etwavontragbarenGe-
sundheitsgerätenwieklugenUhren,zusammen,ließesichdie
Behandlung immer präziser maßschneidern – jedenfalls ge-
mäß Zukunftstraum vieler Medizinvordenker.
WeilfüreinenMenschendieschiereMengederDatenaber
kaum noch zu überblicken ist, die man heute mit immer ge-
naueren Diagnose- und Analysemethoden gewinnt, wird zu-
nehmendKIeingesetzt,umMusterundAuffälligkeitenzufin-
denunddenÄrztenVorschlägefüreineindividuelleTherapie
zu machen. Ein Algorithmus erkennt Herzrhythmusstörun-
gen schneller als jeder Kardiologe.
„Ohne KI wird es bald nicht mehr möglich sein, die beste
Kombination und Dosierung von Medikamenten für einen
Patienten zu finden“, sagt Matthias Evers von der Beratungs-
firma McKinsey. „Und das ist keine Luxusversion von Medi-
zin, sondern eine Notwendigkeit auf dem Weg zur Heilung.“
AuchProfessorRalfHuss,ChefmedizinerderDefiniensAG
in München, Marktführer in der digitalen Analyse von Gewe-
beproben,setztaufKI-basierteAssistenzsystemefürdenArzt.
Definiens analysiert digitalisierte Bilder von Gewebeproben,
um die Wirksamkeit von Medikamenten vorherzusagen. In
Zukunft soll eine solche Technik auch Ärzte in der Klinik un-
terstützen.
Die zunehmend personalisierte Behandlung von Krebspa-
tienten betrachtet Definiens-Wissenschaftler Huss als „eine
Revolution“. Er rechnet damit, dass sich die Krankheit da-
durch spürbar besser behandeln lässt.
„FrüherhingdieKrebstherapiestarkvonderErfahrungdes
Arztes ab, und die Ansprechraten lagen meist bei nur 20 bis
40 Prozent. Heute können wir auf der Basis von genetischen
undmorphologischenUntersuchungenobjektiventscheiden,
welcheMedikamenteeinemPatientenwahrscheinlicham
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3. bestenhelfenwerden.SokönnenwirAnsprechratenvondeut-
lich mehr als 50 Prozent erreichen.“
Voraussetzung für einen sinnvollen KI-Einsatz sind große
MengenvonPatientendaten,andieinsbesondereinDeutsch-
landwegendesDatenschutzesteilweisenurschwerheranzu-
kommensei–eineKlage,dievonvielenForschernaufdiesem
Gebiet zu hören ist.
Manchmal geht es aber gar nicht um den Zugriff auf Daten
– ebenso wichtig kann es sein, bestehende Informationen mit
Computerhilfeüberhaupterstnutzbarzumachen.Soexistieren
bereitsUnmengenanklinischenUnterlagenwieArztbriefeoder
pathologischeBefunde,dieaberinvölligunstrukturierterForm
vorliegen und teils sogar noch handschriftlich verfasst sind.
KeinMenschkannOrdnungindiesesDurcheinanderbrin-
gen, wohl aber ein Computer mit einem Programm für die
maschinelle Verarbeitung natürlicher Sprache. Zu den Spe-
zialisten auf diesem Gebiet gehört das New Yorker Start-up
Flatiron Health, das der Pharmakonzern Roche 2018 für 1,9
MilliardenDollarkomplettübernommenhat.Flatiron,dasIT-IT-IT
Systeme und Datenbanken für US-Kliniken betreibt und
digitale Patientenakten für Krebskranke entwickelt, soll
Roche dabei helfen, das Optimum aus seinen in mehr als 120
Jahren Forschung angesammelten Daten herauszuholen.
ZumBeispielauszweiMillionendigitalisiertenPatientenak-
ten,vieledavonvonFrauenmitBrustkrebs.„Wirwolltenunser
Brustkrebs-MedikamentmehrPatientinnenalsbisherzugäng-
lich machen“, sagt Martin Hager, Leiter Personalisierte Medi-
zin bei Roche Pharma. „Bis vor Kurzem kam es nur dann als
Therapie infrage, wenn das Herz der betroffenen Frauen nicht
vorgeschädigt war, zum Beispiel durch eine Chemotherapie.“
WarauchnureineleichteBeeinträchtigungvorhanden,muss-
ten Patientinnen bislang auf diese Therapieoption verzichten.
DerAusschussfürRisikobewertungderEuropäischenArz-
neimittel-AgenturbatRoche,zuuntersuchen,obauchPatien-
tinnen mit einer leicht reduzierten Pumpfunktion des Her-
zens mit dem Wirkstoff Trastuzumab Emtansin behandelt
werden könnten.
DieKI-AnalysederGesundheitsaktenförderte50Betroffene
zutage, die das Medikament trotz leichter Herzschäden erhal-
ten und gut vertragen hatten. „Ohne den Einsatz von KI hät-
tenwirdiesePatientinnennichtgefunden“,sagtMartinHager.
„Jetzt können wir den Einsatz des Medikaments auf diese
spezielleGruppeausdehnen–ohnedafürersteinelangjährige
Studie zur Arzneimittelsicherheit durchführen zu müssen.“
Neben Krebs gehören Herz-Kreislauf-Erkrankungen zu
den häufigsten Todesursachen in den Industrieländern.
Allein in Deutschland erleiden jedes Jahr 270.000 Menschen
einen Schlaganfall, und eine Faustregel sagt: Ein Drittel der
Patienten stirbt daran, und ein weiteres Drittel ist spürbar
eingeschränkt.
Sie sind zwar selten. Wenn aber Glioblastome auf­
treten, sind sie nur schwer behandelbar und für
den Patienten meist tödlich. Für Pierre­Yves Diet­Yves Diet­ rich
(61) sind die bösartigen Hirntumore Teil seines
Arbeitsalltags: Seit 30 Jahren forscht der Schweizer
an deren Bekämpfung.
Nach dem Studium am Pariser Institut Gustave
Roussy promovierte er 1993 in Genf. Heute lehrt er
als Professor an der dortigen Universität und leitet
die Onkologieabteilung der Universitätsklinik. 2013
ernannte ihn die US­Fondation The Gateway for
Cancer Research zum Krebsforscher des Jahres.
Pierre­Yves Diet­Yves Diet­ rich hat bewiesen, dass sich
Hirntumoren mit Immuntherapien bekämpfen lassen.
Er gab damit einem ganzen Forschungszweig
Auftrieb. Nun geht er einen Schritt weiter und will
als Initiator eines europäischen Forscherkon­
sortiums einen personalisierten Impfstoff entwickeln.
„Jeder Hirntumor ist bei einem anderen Patien­
ten eine andere Krankheit.“ Deshalb müsse man
den „Barcode“ eines Tumors bestimmen, sodass
man dem Patienten einen auf ihn zugeschnittenen
Impfstoff verabreichen könne. In einer Studie
wies er nun nach, dass sich so eine derart starke
Immunreaktion auslösen lässt, wie bisher noch
nie beobachtet worden ist. „Endlich gibt es Hoff­
nung für eine Behandlung dieser Erkrankung.“
Personalisierte Medizin ist im Gesundheitswesen der
Megatrend schlechthin. Sie weckt bei Forschern,
der Pharmaindustrie und bei Patienten hohe Erwar­
tungen. Dank ihr lassen sich viele Krankheiten
effektiver bekämpfen. Und für manche Befunde,
etwa Glioblastome, könnte erst dadurch eine
Behandlungsmöglichkeit entstehen. Denn früher
dachte man, Immuntherapien seien im Gehirn
gar nicht möglich. Pierre­Yves Diet­Yves Diet­ rich betont,
dass es in seinem Fall um eine „Initialforschung“
gehe. Eine tatsächliche Behandlung könnte in
fünf bis zehn Jahren bereit sein.
Der Schweizer Krebsarzt Pierre-Yves Dietrich
entwickelt einen personalisierten Impfstoff
gegen Hirntumore.
Jeder Krebs hat einen Barcode
Deutscher ­Preis
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4. „Revolutionärer Schritt“
Nisar Malek leitet die Abteilung für Innere Medizin an der Universitätsklinik Tübingen
und ist Vorstandsvorsitzender des dortigen Zentrums für Personalisierte Medizin.
BILANZ Herr Malek, was ist das
wirklich Neue an der personalisier-
ten Medizin – behandeln Ärzte
ihre Patienten nicht heute schon
individuell?
Nisar Malek Natürlich sollte jeder
Patient von seinem Arzt immer per-
sonalisiert behandelt werden. Aber es
gibt jetzt einen großen Unterschied:
Uns stehen seit einigen Jahren neue
diagnostische Techniken zur Verfü-
gung, insbesondere die Gensequen-
zierung – und das zu Kosten, die auch
für die gesetzlichen Krankenkassen
akzeptabel sind. Das war ein revoluti-
onärer Schritt.
Welche Vorteile genau bietet denn
die Gensequenzierung?
Dadurch wissen wir schon vor der
Behandlung, welches Medikament
wirken wird und welches nicht. Hier
vollzieht sich gerade ein echter Pa-
radigmenwechsel: Wir behandeln
nicht mehr entlang einer Krankheit
wie Brust- oder Darmkrebs, sondern
nutzen die genetischen Merkmale des
Tumors für die Auswahl des Medika-
ments.
Wer profitiert davon?
Unter anderem Krebspatienten, für
die es keine Standardtherapie mehr
gibt: Aufgrund der Genanalysen des
Tumors können wir zum Beispiel ein
Medikament gegen Brustkrebs auch
bei einem Darmkrebspatienten ein-
setzen. Das wird zwar schon länger in
der Onkologie so gemacht, aber viele
dieser Behandlungen sind nie doku-
mentiert worden, weswegen man kei-
ne Schlüsse aus ihnen ziehen kann.
Sie wollen diese Dokumentation
in Angriff nehmen?
Ja, wir bauen gerade ein zentrales Re-
gister für Baden-Württemberg auf,
in dem die Ergebnisse dieser indivi-
duellen Therapien abgelegt werden.
So erzeugt diese Form der Medizin
auch neues Wissen. Das ist auch die
Grundlage,uminZukunftmithilfevon
Künstlicher Intelligenz aus den zahl-
reichen diagnostischen Daten die bes-
te Therapieempfehlung abzuleiten.
Welche Patienten kommen
zu Ihnen?
Derzeit ist das Zentrum für Persona-
lisierte Medizin auf Tumorpatienten
spezialisiert – egal, an welcher Art von
Krebs sie leiden. Zunächst werden die
Fälle wie üblich in den organspezifi-
schenTumor-Boardsbesprochen,also
etwa im Brustkrebs- oder im Darm-
krebs-Board. Wenn die Kollegen dort
zum Schluss kommen, dass eine per-
sonalisierte Therapie nötig ist, stellen
sie den Patienten bei uns vor.
Was passiert daraufhin?
Wir führen dann die genetischen Un-
tersuchungen durch, was ungefähr
vier Wochen dauert. Danach bespre-
chen wir den Fall im molekularen Tu-
mor-Board vor und entscheiden, obBoard vor und entscheiden, obBoard
eine individualisierte Therapie infra-
ge kommt oder nicht. In den vier Zen-
trenfürpersonalisierteMedizininBa-
den-Württemberg sind das pro Jahr
zwischen 4.000 und 4.500 Patienten.
Können wir uns diese präzise
Medizin überhaupt leisten?
Das denke ich schon. Denn die Konse-
quenz unserer Diagnostik ist ja auch
sehr oft, dass wir keine Therapie emp-
fehlen. Das gilt auch für die neuen Im-
muntherapeutika, die in manchen
Fällen aus Verzweiflung verschrieben
werden, obwohl es keinen medizini-
schenGrunddafürgibt.Wirhabenalso
zu Beginn höhere Kosten für die Diag-
nostik,diewegendesPreisverfallsaber
ständig sinken. Dafür können wir ziel-
gerichteter behandeln. Und: Die teu-
erste Therapie ist die, die nicht wirkt.
Das können wir verhindern. Langfris-
tigwirddieverbesserteDiagnostikalso
eher zu sinkenden Kosten führen.
Starmediziner Malek „Wir haben zunächstStarmediziner Malek „Wir haben zunächstStarmediziner Malek
höhere Kosten für die Diagnostik. Aber
die sinken. Und die teuerste Therapie ist die,
die nicht wirkt.“
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5. AuchhierwollenÄrztemehrMenschenvorTododerBehin-
derung bewahren – durch eine personalisierte Behandlung.
Wird ein Patient heute mit einem Schlaganfall in die Not-
aufnahme eingeliefert, haben die Ärzte prinzipiell drei Opti-
onen: Sie können versuchen, das Blutgerinnsel im Kopf me-
dikamentös aufzulösen, es mit einem Katheder zu entfernen,
oder sie behandeln es überhaupt nicht, weil die schädlichen
Nebenwirkungen den Nutzen übersteigen würden.
Für welchen Weg sie sich entscheiden, hängt vor allem da-
von ab, wie lange die Versorgung der Gehirnzellen mit Sauer-
stoff bereits unterbrochen ist.
„DiemedizinischenLeitliniensagen,dassdasGewebeetwa
sechsStundennacheinemSchlaganfallabgestorbenundeine
TherapiezurWiederherstellungdesBlutflussesindiebetrof-TherapiezurWiederherstellungdesBlutflussesindiebetrof-TherapiezurWiederherstellungdesBlutflussesindiebetrof
fenen Regionen darum nutzlos ist“, sagt Dietmar Frey, Neu-
rochirurg an der Berliner Charité. „Das ist im Durchschnitt
sicher richtig, kann im Einzelfall aber zu falschen Ergebnis-
sen führen – wenn man Patienten eine Therapie vorenthält,
die ihnen geholfen hätte.“
Mit einem zwölfköpfigen Team arbeitet Dietmar Frey seit
zweieinhalb Jahren an einem KI-basierten Assistenzsystem
fürdieÄrzteinderNotaufnahme.EineMaschinekanninwe-
nigen Minuten viele Tausend Datensätze zu Schlaganfällen
durchsuchenundmiteinanderabgleichen,dieeinemArztbei
der Entscheidung helfen könnten.
Gespeist wird der Algorithmus unter anderem mit Auf-
nahmen aus der Computer- oder Magnetresonanztomogra-
fie, vermöge derer die KI simulieren kann, wie sich die Auflö-
sung des blockierenden Gerinnsels im Blutgefäß auswirken
und ob eine Behandlung mehr Nutzen oder Schaden bringen
würde. Außerdem berechnet der Computer, wie viel Gehirn-
gewebe überhaupt noch zu retten wäre.
Als weitere Eingaben nutzt das Assistenzsystem klinische
Daten wie Alter und Vorerkrankungen. In Zukunft könn-
ten noch Informationen über die DNA und die Proteine des
Patienten hinzukommen.
„DerArzterhältaufBasisdieserInformationenaufseinem
Tablet-Computer in kürzester Zeit eine Empfehlung für die
beste Therapieoption – entscheiden muss er am Ende natür-
lich selbst“, sagt Neurochirurg Frey. „Durch die personali-
sierte Behandlung können wir in Zukunft beispielsweise Pa-
tientenbehandeln,derenSchlaganfallzwarbereitsvorsieben
Stundenaufgetretenist,dieabernochgenügendlebendesGe-
hirngewebe in der betroffenen Region haben.“
ImkommendenJahrwillderMedizinerseineArbeitsgrup-
pe an der Charité in ein Unternehmen ausgliedern und dann
in klinischen Studien den Nutzen und die Sicherheit seines
Assistenzsystems nachweisen.
Bei einer anderen Gruppe von Patienten ist die persona-
lisierte Behandlung besonders angezeigt: Bei Menschen, die
unter extrem seltenen Erkrankungen leiden, wie den größ-
tenteils genetisch bedingten Stoffwechselkrankheiten Mor-
bus Fabry oder Morbus Gaucher.
„In der Medizin beginnt eine neue Ära“
(Steve Jobs)
Medikamente sind Mangelware – derzeit sind etwa 240 be-
kannt, sodass sich in vielen Fällen nur die Symptome lindern
lassen. Der Markt ist klein, Forschung und Entwicklung ren-
tieren sich kaum. 7.000 dieser seltenen Leiden gibt es.
„Um neue Behandlungsmöglichkeiten zu finden, unter-
suchen wir rund 70.000 Moleküle als Stoffwechselmarker
im Blut der Betroffenen“, sagt Volkmar Weckesser, Leiter
InformationstechnikderCentogeneAGinRostock.„Aufdiese
WeisewollenwirAuffälligkeitenfindenundsiemiteinerspe-
ziellen Erkrankung in Verbindung bringen.“
Dafür hat das Unternehmen eine Datenbank mit mehr als
450.000Patientendatenausrund120Ländernaufgebaut,da-
runter Aufzeichnungen zu klinischen Symptomen und Pati-
entenmaterial.
Allerdings gleicht die Suche nach einem aussagekräftigen
Biomarker für ein bestimmtes Leiden der Suche nach dem
Strohhalm im Heuhaufen. So brauchten zwei Mitarbeiter an-
fangs noch ein halbes Jahr, um erste Kandidaten zu finden.
Diese Zeiten sind inzwischen vorbei: Dank Künstlicher In-
telligenzerledigtdasheuteeineinzigerMitarbeiteraneinem
halben Tag. „Ohne IT könnten wir ohnehin schon lange nichtIT könnten wir ohnehin schon lange nichtIT
mehr forschen“, sagt Volkmar Weckesser. „Aber erst durch
den KI-Einsatz finden wir inzwischen relativ schnell neue
Biomarker, was zuvor mit einem enormen Aufwand verbun-
den war.“
NichtnurPharmaunternehmenprofitierendavonbeiihrer
Suche nach neuen Wirkstoffen – auch die Therapie der Pa-
tienten verbessert sich, weil einige Biomarker anzeigen, wie
guteinMedikamentanschlägt.IndennächstenMonatenwill
Centogene beginnen, die Daten aus der Stoffwechselanalyse
mitdengenetischenDatendieserPatienteninVerbindungzu
bringen.SowillmandieKrankheitsmechanismennochbesser
verstehen und neue Ansatzpunkte für Medikamente finden.
„IchwerdeentwedereinerderErstensein,dieeinenKrebs
wiediesenüberleben,odereinerderLetzten,derdaranstirbt“,
sagte Steve Jobs zu seinem Biografen Walter Isaacson. Damit
hatte er unrecht. Mit seiner zweiten Prophezeiung dürfte er
hingegeninsSchwarzegetroffenhaben:„Ichglaube,diegröß-
te Erfindung des 21. Jahrhunderts wird die Überschneidung
von Biologie und Technologie sein. Eine neue Ära beginnt, so
wie damals das digitale Zeitalter.“
Deutscher -Preis
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6. Deutscher
KI-Preis
2019
Bilanz
WIR
GRATULIEREN
DEN
GEWINNERN
bilanz.de/deutscher-ki-preis
HAUPTPREIS ÜBER 100.000 EURO
Prof. Dr. Kristian Kersting
Forschungsgruppe:
Machine Learning Lab, TU Darmstadt
EHRENPREIS
Deep L
Übersetzungssysteme
www.deepl.com
NACHWUCHSPREIS ÜBER 15.000 EURO
Prof. Dr. Elmar Rückert
Professor für Robotik und autonome
Systeme an der Universität zu Lübeck
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