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Zukunftsvision personalisierte Medizin: Für genauere Diagnosen und wirksamere Medikamente
Medizin als persönliche Angelegenheit
Grundsätzlich sind Medizin und Gesundheit immer persönliche Angelegenheiten. In den vergangenen Jahren sind sie dies sogar mehr denn je geworden, woran das steigende Bewusstsein für die eigene Gesundheit und die Möglichkeiten, die jeder Einzelne bei deren Verbesserung und Erhalt hat, einen nicht unbeträchtlichen Anteil hat. Gesunde Ernährung, Sport und gezielte Vorsorge, nicht zu vergessen der weit verbreitete Hang zu Selbstoptimierung gehören zu den Mitteln, mit denen eine größer werdende Zahl an Menschen versucht, den Körper bestmöglich zu versorgen, um länger ein gesundes Leben führen zu können.
In allen diesen Bereichen ist aber auch ein gewisser Grad an Personalisierung gefragt, ganz gleich, ob es um maßgeschneiderte Fitnessprogramme oder individuelle Ernährungspläne geht. Im medizinischen Bereich ist Personalisierung deshalb ebenfalls schon lange ein wichtiges Schlagwort, verspricht doch eine exakt auf den jeweiligen Patienten abgestimmte Versorgung den größtmöglichen Effekt und Nutzen für dessen Gesundheit.
Von der Entschlüsselung des Erbguts zur individualisierten Medizin
Der Beginn einer derart individualisierten Medizin war die Entschlüsselung des menschlichen Erbguts, mit dem erstmals die Möglichkeit realistisch wurde, gesundheitliche Risiken schon anhand des Genmaterials zu erkennen und entsprechende Vorkehrungen zu treffen. Personalisierte Medizin lässt Diagnostik und Therapie enger zusammenrücken. „Theranostik“ nennt Dr. Hubert Birner diese engere Verbindung in einer goingpublic-Kolumne. Ziel ist es, die Behandlung anhand der speziellen individuellen Anforderungen jedes Patienten anpassen zu können.
Vor allem in der Krebsbekämpfung konnten damit Erfolge erzielt werden, da mittels moderner Gewebediagnostik Tumore und Metastasen exakt identifiziert werden können. Zusammen mit den genetischen Daten der Patienten ist dadurch eine sehr viel genauere, meist sogar frühere Diagnose möglich. Das hilft nicht nur bei der Behandlung, sondern bereits im Vorfeld bei der Vorbeugung.
Erfolge, Potenziale, notwendige Forschung
Allerdings ist personalisierte Medizin, so wie sie etwa auch der Aktionsplan Individualisierte Medizin des Bundesministeriums für Bildung und Forschung gerne in Zukunft umgesetzt sehen möchte, ein sehr viel umfassenderes Konzept. Trotz aller Fortschritte in der Forschung ist beispielsweise nicht zu übersehen, dass es im Bereich der Medikation durchaus noch Verbesserungsbedarf gibt: Bislang ist bei der Verabreichung von Medikamenten Personalisierung nur bis zu dem Maß realisierbar, dass die Wirkstoffe in ihrer Wirksamkeit und Verträglichkeit auf bestimmte Patientengruppierungen abgestimmt werden können. Ein Fortschritt, aber eben längst noch keine wirklich individualisierte Medizin.
Dabei attestiert Dr. Friedrich von Bohlen und Halbach, der Managing Director und Mitgründer von dievini Hopp BioTech holding GmbH & Co. KG mit Sitz in Walldorf, dieser Form der medizinischen Versorgung, in Zukunft die einzige Methode zu sein. Dennoch weist auch er darauf hin, dass die neue Präzisionsmedizin nur dann die erhofften Chancen und Perspektiven bieten kann, wenn die Ärzte die zunehmende Digitalisierung ihrer Arbeit annehmen und nutzen. Daten und deren Auswertung sind aber nicht nur für die Diagnose ein immer wichtigerer Faktor, sondern genauso für die Pharmaindustrie, die nur so die bereits erwähnten individualisierten Medikamente herstellen können.
„Es wird in Zukunft keine andere Medizin mehr als Personalisierte Medizin geben. Durch die Möglichkeit, molekulare Muster des Menschen, wie Genome, Proteome, Metabolome usw. zu lesen und immer besser zu verstehen, kann man ein immer präziseres Verständnis über ein Krankheitsbild und dessen Behandlungsmöglichkeiten gewinnen. Diese völlig neue Erkenntnisklasse - das ´molekulare Röntgenbild´ – wird die heute schon verfügbaren Informationsquellen ergänzen. Es ermöglicht bereits heute, mit Hilfe der individuellen molekularen Muster einer Erkrankung maßgeschneiderte individuelle Therapieempfehlungen zu geben.“
Dr. Friedrich von Bohlen und Halbach, Managing Director dievini Hopp BioTech holding GmbH & Co. KG
Anwendungsbereiche personalisierter Medizin
Tatsächlich gibt es bereits seit Jahren erfolgreiche Behandlungen auf der Basis personalisierter Medizin, das betrifft vor allem den Bereich der Krebsbekämpfung. Allerdings ist die datenbasierte Diagnostik auch in anderen Bereichen eine erfolgversprechende Option.
Früherkennung bei Herzerkrankungen
Detailliertere Diagnostik verspricht im Bereich der Kardiologie die Aussicht auf eine frühere Erkennung angeborener Herzerkrankungen und entsprechende Gegenmaßnahmen. Neben der verbesserten Prävention wird zeitgleich aber intensiv in Richtung regenerativer Möglichkeiten geforscht, bei denen pluripotente Stammzellen (d.h., sie können sich in unterschiedliche Körperzellen umwandeln) eine wichtige Rolle spielen.
Anders als Knochenmarkzellen, die sich laut Prof. Dr. Eckart Fleck, Pressesprecher der Deutschen Gesellschaft für Kardiologie – Herz- und Kreislaufforschung e.V. – bei der Wiederherstellung des Herzmuskels als ungeeignet erwiesen haben, können diese Stammzellen alternativ schmerzfrei aus Nabelschnurblut gewonnen werden. So kann einerseits anderen Menschen geholfen oder bei einer Einlagerung in private Blutbanken auch für eigene Notfälle vorgesorgt werden. Um an die Knochenmarkzellen heranzukommen, ist ansonsten eine Biopsie des Knochenmarks aus dem hinteren Beckenkammknochen notwendig.
Vermeidung von Arzneimittelunverträglichkeiten von Herzpatienten
Hinsichtlich der Prävention von Herzinfarkten hat die personalisierte Medizin insofern einen wichtigen Beitrag geleistet, als mit ihrer Hilfe Unverträglichkeiten gegen gängige Cholesterinsenker durch eine Analyse des Patientenerbgutes schon im Vorfeld umgangen werden können. Die Folgen des Einsatzes von Präparaten wie Simvastatin können ansonsten bis hin zu einer Schädigung der Muskeln führen.
Ganz ähnlich liegt der Fall bei der medikamentösen Behandlung von HIV. Um die mit der Erkrankung einhergehende Schwächung des Immunsystems zu verhindern, wird schon seit Jahren der Wirkstoff Abacavir eingesetzt. Dieser verursacht bei Patienten mit einem bestimmten Gen aber teils lebensgefährliche Nebenwirkungen. Durch eine Untersuchung des Erbguts vor Verabreichung des Medikaments können solche Folgen ausgeschlossen werden.
Früherkennung von Parkinson
Auch im Bereich von Parkinson-Erkrankungen und verschiedenen Subtypen der Krankheit besteht das Problem, dass das üblicherweise eingesetzte Medikament Levopoda bei einigen Patienten den Gesundheitszustand weiter verschlechtert. An der ETH-Zürich ist deshalb Prof. Dr. Paola Picotti innerhalb der Initiative „Personalized Health and Related Technologies“ damit befasst, Biomarker für eine frühzeitige Erkennung einer Parkinson-Erkrankung zu entwickeln. Grundlage hierfür ist aber nicht die in der personalisierten Medizin häufig genutzte Gen-Analyse, sondern eine Untersuchung von Proteinen. Die zugrundeliegende Messmethode erlaubt es, strukturelle Veränderungen von Proteinen – und damit eine Erkrankung – schon sehr früh nachweisen zu können.
Darmkrebsvorsorge
Die Methoden der personalisierten Medizin sind vor allem in der Krebsbehandlung bereits etabliert. Am Deutschen Krebsforschungszentrum in Heidelberg wurde kürzlich außerdem ein Weg vorgestellt, um etwa Darmkrebsvorstufen mittels einer Blutprobe zu prognostizieren. Untersucht werden dabei Veränderungen im Erbgut, für die der Darmkrebs der Auslöser sein kann. Durch die Analyse verschiedener Marker ließe sich im Ergebnis die Darmkrebs-Vorsorge sehr viel besser dem individuellen Risiko anpassen.
Biotechnologie als nächster Schritt?
Hinsichtlich der verbesserten Wirksamkeit von Arzneimitteln, die besser auf die jeweiligen Bedürfnisse des einzelnen Patienten abgestimmt sind, scheint die Biotechnologie ein Türöffner für viele Branchen im Gesundheitswesen (und darüber hinaus, etwa in der Lebensmittelindustrie oder der Landwirtschaft) zu sein, zum Beispiel für die synthetische Biologie, biobasierte Materialien, aber ebenso für die Pharmaforschung als solche und die Point-of-Care-Diagnostik.
Interdisziplinäre Forschung und Entwicklung
Biotechnologie ist aber nicht nur flexibel in einer Vielzahl unterschiedlicher Bereiche einsetzbar, sie ist umgekehrt eine Wissenschaft, die stark auf interdisziplinärer Zusammenarbeit gründet: Biologie und Biochemie sind nur zwei der relevanten Fachbereiche, daneben spielen auch Physik, Chemie, Verfahrenstechnik, Materialwissenschaften und Informatik eine Rolle. Verkürzt ausgedrückt zielt Biotechnologie darauf ab, mit Hilfe von Wissenschaft und Technologie lebende Organismen und nicht lebende Materialien miteinander zu verbinden.
Im medizinischen Bereich bedeutet das beispielsweise neue Möglichkeiten bei sogenannten Biopharmazeutika. Diese können über eine wesentlich höhere spezifische Wirksamkeit als herkömmliche Medikamente verfügen, allerdings sind die Verfahren dazu bislang ein aufwändiges Unterfangen: Damit die hochwirksamen Substanzen entwickelt werden können, braucht es nach wie vor Labore mit entsprechender hochtechnischer Ausrüstung. Die wird nicht zuletzt für High-Throughput-Sequencing und -Screening benötigt, also automatisierte Analyseverfahren, die die Grundlage für die weitere Wirkstoffentwicklung darstellen.
Die Perspektiven scheinen nahezu unbegrenzt, unter anderem in der regenerativen Medizin, gerade im Bereich der Gewebe- und Organforschung. Zu den erfolgversprechendsten Ansätzen gehören beispielsweise
- Gentherapien,
- Tissue Engineering,
- Bioprinting.
Den neuen Möglichkeiten hinsichtlich individuell maßgeschneiderter Therapiekonzepte stehen aber noch immer einige schwerwiegende Herausforderungen gegenüber, die einen flächendeckenden Einsatz bislang verhindert haben:
- Die technische Seite verlangt leistungsfähige Antworten auf die Fragen, wie notwendige Laborkonzepte aussehen könnten, in denen automatisierte Prozesse und intelligente Geräte den gewünschten Grad an Effizienz und Präzision liefern können.
Dazu gehört auch die Frage, wie die benötigten Probenaufbereitungstechniken, das Liquid Handling, Single-Use-Systeme und Disposables (und der damit einhergehende Materialbedarf) aussehen können und müssen.
- Außerdem werden zukünftig verschiedenste Analyseverfahren – immunologische, molekularbiologische und bildgebende Verfahren etc. – enger miteinander verbunden werden müssen. Schließlich gilt es trotz aller Fortschritte auch weiterhin, genetische und biologische Prozesse nachzuvollziehen und molekulare Strukturen weiter zu entschlüsseln. Dieses tiefere Verständnis ist die wichtigste Voraussetzung für personalisierte Therapiekonzepte.
Notwendige Aufklärungsarbeit
Forschungs- und Entwicklungspotenzial sind demnach sehr hoch, das gilt aber in gleicher Weise für die Aufklärungsarbeit gegenüber den eigentlichen Empfängern der Resultate, die die Biotechnologie oder genauer die Biopharmazie anbieten können. Eine jüngst veröffentlichte Studie – Auftraggeber war das unabhängige Biotechnologie-Unternehmen Amgen – konnte aufzeigen, wie wenig die Kenntnisse um Biopharmazeutika verbreitet sind. Die Ergebnisse:
- 47 Prozent der Befragten konnten mit dem Begriff „Biopharmazeutika“ überhaupt nichts anfangen, hatten noch nie davon gehört.
- Weitere 47 Prozent waren zumindest mit dem Begriff vertraut, konnten aber auf Nachfrage nicht erklären, was genau sich dahinter verbirgt.
Von allen Befragten glaubten lediglich sechs Prozent, eine Definition wiedergeben zu können, wovon wiederum nur die Hälfte richtige Antworten – „mit Biotechnologie hergestellte Medikamente“ (ein Prozent) und „mit gentechnisch veränderten Organismen hergestellte Medikamente“ (zwei Prozent) – lieferten. Die übrigen Teilnehmer halten Biopharmazeutika entweder für Naturheilmittel ohne chemische Zusätze oder für natürliche Heilmittel. Den geringen Kenntnisstand formulierten die Befragten allerdings ebenfalls. Rund 90 Prozent von ihnen wünschen sich mehr Aufklärung bezüglich der Medikamente und deren Wirkweise.
Positiv immerhin: Auf die Erklärung hin, dass es sich um Medikamente handelt, die biotechnisch hergestellt oder aus besagten gentechnisch veränderten Organismen gewonnen würden, wie es etwa bei Insulin der Fall ist, reagierten 84 Prozent der befragten Personen mit Zustimmung, sollten sie mit derartigen Arzneimitteln behandelt werden müssen. Noch positiver ist sogar die Einschätzung hinsichtlich der Wirksamkeit von Therapiekonzepten, die auf Biopharmazeutika aufbauen – hier sind sogar 91 Prozent der Ansicht, dass damit erfolgreich schwere Krankheiten bekämpft werden können.
Das muss umso wichtiger erscheinen, als der Anteil an Medikamenten aus biotechnologischer Produktion im Jahr 2016 bereits bei rund einem Viertel des gesamten deutschen Arzneimittelmarktes lag und die Tendenz angesichts der größer werdenden Zahl neu zugelassener Biopharmazeutika ansteigend ist.
Digitaler Wandel im Labor
Ein weiteres wichtiges Themenfeld, dass mit den neuen Analyse- und Messverfahren und der dazu verwendeten – oft vernetzten – Technik einhergeht, ist der Umgang mit den daraus resultierenden Daten. Ohne Frage sind diese Daten ein grundlegender Faktor, um exakte Diagnosen zu stellen und passgenaue Behandlungsmöglichkeiten vorschlagen zu können. Das kann aber nur dann gewährleistet werden, wenn die anfallenden Daten in ihrer schieren Menge auch sinnvoll ausgelesen und verarbeitet werden können. Aus diesem Grund werden Bioinformatik und Systemmedizin immer wichtiger, wenn es um den Aufbau der notwendigen Infrastrukturen geht.
Big Data im Gesundheitssektor
Das ist aber nur die eine Seite, die der allgemeine Megatrend in Big Data im Gesundheitssektor zeigt. Die andere bildet die Frage nach dem Schutz der erhobenen Daten. Selbstverständlich funktioniert personalisierte Medizin nicht ohne möglichst genaue Informationen über den jeweiligen Patienten. In einem neuen Gesundheitssystem, in dem Diagnostik und Therapierung ebenso enger zusammenhängen, wie die einzelnen medizinischen Disziplinen, ist genauso selbstverständlich ein Austausch dieser Daten eine Notwendigkeit.
Sollen etwa im Bereich der Medikamentenentwicklung nicht weiterhin vorselektierte Patientengruppen der Maßstab sein, sind die persönlichen Daten unerlässlich. Zum einen sind dadurch adäquatere Ergebnisse zu erwarten, als sie von den bislang üblichen und nach statistischen Richtwerten durchgeführten Studien an Patienten geliefert werden konnte. Zum anderen kann sehr viel genauer überprüft werden, ob Medikation und sonstige Behandlung beim Patienten den gewünschten Erfolg zeigen.
Der richtige Umgang mit Patientendaten
Darüber darf trotzdem nicht vergessen werden, wie sensibel diese Daten aber letztendlich sind: In der Konsequenz durchleuchtet die personalisierte Medizin den Patienten ja bis auf die Bausteine seines Erbguts. Die damit verbundene Frage muss also lauten, ob es in der Gesellschaft eine notwendige breite Zustimmung dafür gibt, solche persönlichen Daten wirklich zur Verfügung zu stellen. Schenkt man einer PwC-Umfrage aus dem Jahr 2016 Glauben, ist diese Bereitschaft in Deutschland durchaus vorhanden – 71 Prozent der Befragten, so das Ergebnis, stünden der Weitergabe ihrer Krankheitsdaten offen gegenüber, während lediglich sechs Prozent konsequent davon absehen wollen.
Damit alleine ist aber nicht die anschließende Frage nach dem Datenschutz beantwortet, der angesichts einer solch detaillierten Datenerhebung nur noch mehr an Bedeutung gewinnt. An dieser Stelle zeigen sich dann die Schwierigkeiten, mit denen die personalisierte Medizin noch zu kämpfen hat:
- Das humangenetische Datenmaterial ist in seiner Art eine Besonderheit, weil es (nahezu) konstant und absolut personenbezogen ist. Gleichzeitig gibt es aber auch Aufschluss über familiäre und verwandtschaftliche Gegebenheiten.
- Die Frage nach der Sicherheit dieser Daten ist aus Patientensicht im Grunde genommen auf das Vertrauen in die Ärzte und die Institutionen, die die Daten erheben, auswerten und speichern, beschränkt. Problematisch ist das dann, wenn die Daten aus finanziellen Motiven heraus weitergegeben oder durch unzureichende Sicherheitsvorkehrungen zugänglich gemacht werden – kein unrealistisches Szenario. Als schwierig werden hierbei vor allem neue Kommunikationstechniken (gerade bei mobiler Kommunikation oder Cloud-Computing) und die IT als solche ausgemacht, insbesondere mit Blick auf die verwendeten Endgeräte, die unter Umständen nicht mit letzter Sicherheit gegen unbefugte Zugriffe abgesichert werden können – hierbei handelt es sich prinzipiell um dieselben Probleme mit Betriebssystemen, Software etc., wie sie auch bei privaten Computern bestehen.
- Welche anderen Möglichkeiten gäbe es, die persönlichen Krankheitsdaten zu schützen? Die vermeintlich einfachsten Optionen wären die Pseudonymisierung oder Anonymisierung, wodurch die Informationen weniger leicht zuzuordnen wären – etwa durch das Löschen des Namens, um die Identifizierung zu verhindern.
Dieses Vorgehen liefe allerdings dem eigentlichen Ziel der personalisierten Medizin entgegen, da die Eindeutigkeit der Datenlage damit reduziert und die Analyse auf eine Quantifizierung hinausliefe. Die Folge wären exakt die Ungenauigkeiten in der Auswertung, die eigentlich verhindert werden sollen.
Gleichzeitig ist nicht auszuschließen, dass anderweitige, personenbezogene Informationen ebenfalls beschafft werden und als Mittel der Reidentifizierung eingesetzt werden können: Aktivitäten in sozialen Netzwerken oder generelle Online-Aktivitäten können im ungünstigsten Fall selbst mit anonymisierten Patientendaten in Übereinstimmung gebracht werden.
Wie also könnten genetische Daten gespeichert werden, so dass sie immer noch sinnvoll für die Diagnostik und die genetische, translationale (kurz gefasst sind damit interdisziplinäre biomedizinische Aktivitäten gemeint), klinische und epidemiologische Forschung genutzt werden können? Hier gibt es in der Hauptsache zwei Optionen:
Biobanken
- Sie dienen als Sammlung von Proben und Derivaten, die dort zusammen mit klinischen „Annotationsdaten“ (das wäre beispielsweise die klinische Diagnose des Falls als minimal notwendige Information) eingelagert werden.
- Dazu werden außerdem die dazugehörigen Analysedaten sowie die genetischen Analysen gespeichert.
- Die Proben und genetischen Analysedaten würden eine ausreichende Menge von Identifikatoren enthalten, um klinische Daten wieder zu reidentifzieren.
Genetische Datenbanken
- Hier werden vornehmlich genetische Informationen gespeichert. Derartige Datenbanken spielen nicht nur in der Humanmedizin eine Rolle, sondern etwa auch im Bereich der Strafverfolgung.
Genetische Daten unterliegen in Deutschland allerdings verschiedenen Schutzinstanzen, angefangen beim Gendiagnostik-Gesetz, das eine unbefugte Durchführung und Nutzung genetischer Analysen untersagt. Daneben hat der Technologie- und Methodenplattform für die vernetzte medizinische Forschung e.V. ein Datenschutzkonzept für Biobanken entwickelt.
Dieses sieht grundsätzlich vor, genetische Daten – das schließt etwaige Proben mit ein – immer getrennt von klinischen Daten zu speichern, beispielsweise durch die Verwendung unterschiedlicher Pseudonyme. Darüber hinaus braucht es eine eindeutige Rechtsform und ebenso eindeutige Verantwortlichkeiten. Eine wissenschaftliche Nutzung ist an vertraglich festgelegte, verbindliche Regeln gebunden.
Der Deutsche Ethikrat hat sich in diesem Zusammenhang schon vor einigen Jahren für ein Konzept ausgesprochen, das auf insgesamt fünf Säulen basiert. Zum Schutz von Humanbiobanken forderte der Ethikrat bereits 2010
- ein Biobankengeheimnis,
- eine Nutzungsbindung,
- eine laufende Evaluation durch eine Ethikkommission,
- eine Qualitätssicherung der Datenschutzmaßnahmen,
- und Transparenz (etwa in Form eines Biobank-Registers).
Insgesamt bleibt das Thema Big Data und Datenschutz ein weithin aktuelles, wie auch Diskussionen innerhalb des Schweizer Gesundheitssystems zeigen. Als zentrale Instanz muss letztlich immer der datengebende Patient gelten, dessen Vertrauen durch einen verantwortlichen Umgang mit den gelieferten persönlichen Informationen gerechtfertigt werden muss. Das ist im Prinzip auch der Kern der Forderung des Deutschen Ethikrates, der in diesem Kontext von der Datensouveränität spricht, die den Patienten „als den entscheidend zu schützenden und zu achtenden Zweck in den Blick“ rückt (nachzulesen in der Pressemitteilung 08/2017, ausgegeben am 30. November 2017).
In Anbetracht der Tatsache, dass es bei personalisierter Medizin nicht allein um höchstmögliche (Kosten-)Effizienz des Gesundheitssystems als solchem, sondern in erster Linie um den individuellen Patienten und seine Bedürfnisse gehen sollte, ist das eine nachvollziehbare Forderung.
Daraus ließen sich für die Zukunft womöglich auch Antworten auf die Fragen nach dem Verhältnis von Datenschutz und ärztlicher Schweigepflicht ableiten oder generell zum Verhältnis zwischen Arzt und Patienten. Die immer weiter technisierte, computerbasierte Methodik, bei der die Diagnostik samt Therapieempfehlung weitestgehend ein Resultat der Bioinformatik zu sein scheint, muss schließlich ebenfalls für die betroffenen Menschen nachvollziehbar bleiben.