Alzheimer lässt sich meist erst in einem fortgeschrittenen Stadium diagnostizieren. Für Vorbeugemaßnahmen und Therapien, die den Krankheitsverlauf verzögern oder sogar unterbinden könnten, ist es dann bereits sehr spät. Ein europäisches Forschungskonsortium will ein zuverlässigeres, frühzeitiges Erkennen neurodegenerativer Erkrankungen möglich machen. Im Zentrum der Forschung stehen digitale Biomarker, die auf Basis der Daten von Handy, Fitness-Tracker und Onlinetests arbeiten.

Von den ersten Schädigungen im Gehirn bis zur Diagnose vergehen bei neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer teilweise 30 Jahre. Für Betroffene bedeutet das unter anderem, dass das »Zerstörungswerk« im Gehirn bereits weit fortgeschritten sein kann, bevor sich eindeutige Symptome zeigen, anhand derer Ärztinnen und Ärzte ein zweifelsfreies Krankenbild zeichnen können. Für Expertinnen und Experten aus Medizin und Pharmazie ist dieses späte Erkennen die Hauptursache dafür, dass es gegen die »Krankheit des Vergessens« trotz jahrzehntelanger Forschung bis heute keine Medikamente oder Therapiemaßnahmen gibt, welche die Krankheit heilen oder zumindest die zunehmende Verschlechterung des Gesundheitszustands der Patientinnen und Patienten stoppen können. Neue Verfahren der Diagnostik zu entwickeln, mit denen sich funktionale Beeinträchtigungen der Gehirnleistung schon frühzeitig feststellen lassen, hat daher oberste Priorität für die Forscherinnen und Forscher. Die Ergebnisse müssen dabei so robust sein, dass sie den einzelnen Entwicklungsphasen einer bestehenden Alzheimererkrankung zugeordnet werden können oder – sofern es keine Erkrankung gibt – eine Abschätzung des individuellen Alzheimerrisikos ermöglichen.

Um diesem Ziel einen grundlegenden Schritt näher zu kommen, starteten europaweit sechszehn Partner aus Wissenschaft, Medizin und Industrie das Projekt »RADAR-AD (Remote Assessment of Disease and Relapse – Alzheimer’s Disease)«. RADAR-AD ist Teil der von Europäischer Kommission und Pharmaindustrie gemeinsam getragenen »Innovative Medicines Initiative (IMI)«.  »Mit diesem Projekt wollen wir erforschen, wie digitale Geräte, die viele Menschen bereits tagtäglich nutzen, zusätzlich dafür eingesetzt werden können, Alzheimer frühzeitig feststellen und den Krankheitsverlauf besser zu verstehen«, sagt Prof. Martin Hofmann-Apitius, der sich mit seinem Team vom Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI an dem Projekt beteiligt.

Digitale Biomarker für Diagnose, Therapie und Forschung

Smartphones, Fitnessarmbänder und Smart-Home-Komponenten bieten zahlreiche technische Möglichkeiten, um Gesundheitsindizes von Menschen so zu protokollieren, dass sie als Biomarker medizinisch aussagekräftige Kenngrößen zum Gesundheitszustand eines Menschen darstellen. Dazu zählen die üblichen Funktionen eines Fitnessarmbands wie etwa die Messung der Herzfrequenz ebenso wie speziell entwickelte Apps für das Smartphone, die beispielsweise die Stimme auf bestimmte Merkmale hin analysieren. Zudem lassen sich die digitalen Wearables nutzen, um aus den Signalen der integrierten Beschleunigungssensoren auf Besonderheiten beim Bewegungsverhalten zu schließen. Ergänzend zu diesem passiven Monitoring bieten interaktive Webanwendungen Möglichkeiten für ein aktives Monitoring: Auf dem Smartphone, einem Tablet oder PC lösen Probanden spezifisch und nach medizinischen Gesichtspunkten gestaltete, kognitive Aufgaben. Anhand der Testergebnisse und den digital gemessenen Kenngrößen können Experten Rückschlüsse auf Funktionsbeeinträchtigungen bestimmter Gehirnareale ziehen.

Wie und ob die verschiedenen Optionen dieses passiven und aktiven Monitorings dazu geeignet sind, auch alzheimertypische Anzeichen zu erfassen und zu bewerten, erproben mehrere der an RADAR-AD beteiligten klinischen Partner derzeit im Rahmen einer Pilotstudie. Insgesamt nehmen daran mehr als 200 Patientinnen und Patienten teil, bei denen eine Alzheimererkrankung vorliegt und unterschiedlich weit fortgeschritten ist.

Digitale Biomarker im wissenschaftlichen Qualitätstest

Zwischen der Anwendung digitaler Geräte in der Freizeit und in der Medizin gibt es aber einen entscheidenden Unterschied: »Während es bei einer Fitnessanwendung vollkommen ausreicht, wenn sie ein ungefähres Bild der körperlichen Verfassung liefert, muss ein Einsatz der digitalen Messungen im Medizinbereich robuste Ergebnisse bringen, auf die sich die Betroffenen und die Ärzteteams zu hundert Prozent verlassen können«, betont Hofmann-Apitius. Die Aufgabe seines Teams sei es daher, die bei den Patientinnen und Patienten in der Pilotstudie gesammelten Messdaten und deren medizinische Bewertung auf ihre Korrektheit hin zu überprüfen. Als Vergleichsbasis dafür verwenden die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Referenzdatensätze, die auf klassischen Diagnosemethoden basieren. »Dabei können wir auf unsere Forschungserfahrungen zurückgreifen. Denn in den vergangenen Jahren haben wir leistungsstarke, mathematische Methoden entwickelt, um den aktuellen Stand der Alzheimerforschung zu detaillierten Krankheitsverläufen zu modellieren«, sagt Hofmann-Apitius.

Im Projekt AETIONOMY verknüpfte das Fraunhofer SCAI beispielsweise die Wissensbestände der weltweiten Alzheimerforschung zu Kausalmodellen, die alzheimertypische Krankheitsverläufe wissenschaftlich exakt abbilden. Im Rahmen von RADAR-AD lautet die Aufgabe des Wissenschaftlerteams nun, die Ergebnisse der Pilotstudie mit dem bestehenden Wissensbeständen zu vergleichen. Weil die digitalen Signaturen der Patientinnen und Patienten aber immer nur einzelne Schnappschüsse eines individuellen Krankheitsverlaufs darstellen können, versucht das Forschungsteam nun in einem ersten Schritt, jede dieser Momentaufnahmen innerhalb der longitudinalen Verlaufsdatensätze eindeutig zu verorten. Nach diesem Matchingprozess sind die Forscher dann in der Lage, Vorhersagen zu treffen, wie sich die Parameter über die Zeit entwickeln werden. Im Vergleich zeitlich gestaffelter Messungen sowie von Patientensignaturen verschiedener Erkrankungsstadien lässt sich so die medizinische Korrektheit der Diagnosemethoden nachweisen und – parallel dazu – das Monitoringverfahren schrittweise weiter verbessern.

Mehrwert für Therapiealltag und wissenschaftliche Studien

Die klassische Methode von Diagnose und Verlaufskontrolle bei Alzheimer ist aufwendig und in vielerlei Hinsicht auch unpräzise. Wichtigste Elemente dabei sind Gespräche zwischen Ärztinnen und Ärzten und Betroffenen, mit deren Angehörigen und Betreuungspersonen sowie strukturierte Fragebögen und Kognitionstests. Anhand dieser Beobachtungen versuchen die Mediziner, den Gesundheitszustand der Patientinnen und Patienten möglichst exakt zu erfassen und zu dokumentieren. Diese, sehr subjektive Vorgehensweise, hat den deutlichen Nachteil, dass die Beurteilung der möglichen Alzheimer-Erkrankung nur durch Erzählungen und Einschätzung möglich ist. Werden nun aber die durch digitale Begleiter erfassbaren Biomarker genutzt, stehen den Ärztinnen und Ärzten (zusätzlich) objektive und eindeutig definierte Daten zum Gesundheitszustand der Betroffenen zur Verfügung.

»Hinzu kommt, dass sich Messungen mit Smartphones oder Smart Home Komponenten ohne zusätzlichen Aufwand und quasi nebenbei für medizinische Zwecke nutzen lassen«, sagt Hofmann-Apitius. Aber sie könnten nicht nur die Planung und Kontrolle von Therapiemaßnahmen für Betroffene sowie eine frühzeitige Diagnose bei Verdacht auf eine beginnende Alzheimererkrankung erleichtern und verbessern. Ebenso wichtig sind ihre Aussagekraft, ihre Vergleichbarkeit und ihre einfache Erhebung für die Durchführung medizinischer und pharmazeutischer Studien.

(stw)

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