19.07.2023

KI in der Medizin: Digitaler Zwilling soll Medikamentenfriedhöfe beenden

KI in der Medizin ist eine nahende Zukunft, über die noch nicht viel bekannt ist. Während manches noch erst gedacht und organisiert werden muss, so deuten Zeichen darauf hin, dass bald Patient:innen einen digitalen Zwilling haben werden. Der dabei helfen soll, Krankheitsverläufe zu simulieren und Arzneiwirkungen zu testen.
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(c) Gouya Insights - Ghazaleh Gouya-Lechner über KI in der Medizin.

Während Regierungen dieser Welt damit hadern, wie man mit Künstlicher Intelligenz (KI) und deren rasanter Entwicklung umgehen soll, wirkt sie bereits in andere Bereiche stark ein. Unternehmen können womöglich bald repetitive Arbeiten an die KI auslagern, das gesamte Feld des Programmierens muss eventuell neu gedacht werden, auch die Entertainment-Branche darf sich wohl getrost auf Neuerungen einstellen. Doch bei einem Feld wird es vermutlich relativ schnell spürbare Veränderungen geben, wie Ghazaleh Gouya Lechner – CEO Gouya Inisghts, Vorstandsmitglied und Mitglied des “Research Innovation Circle” bei der GPMed (Gesellschaft für pharmazeutische Medizin) sowie Vorstandmitglied der IFAPP, (International Federation of Pharmaceutical Physicians and Pharmaceutical Medicine) – betont: in der Medizin.

KI in der Medizin kann Entwicklung beschleunigen

“KI in der Medizin bedeutet allgemein, durch Instrumente das Arbeiten in der Dokumentenerfassung zu erleichtern”, präzisiert Gouya Lechner. “Bei repetitiven Arbeiten etwa. Wir selbst versuchen auch festzustellen, wie die Künstliche Intelligenz die klinische Entwicklung von Medikamenten beschleunigen kann.”

Die Arzneimittelproduktion jedoch ist ein langwieriges und kostspieliges Metier – Covid-19 war da die Ausnahmeerscheinung, so die Forscherin. Auch wenn manche Firmen bereits Avatare besitzen, um den präklinischen “proof of concept” zu erbringen, stecke das Ganze noch in den Kinderschuhen. Künftig werde, überall wo “Big Data” existiere, KI eine gewichtige Rolle spielen. Besonders einen “digitalen Zwilling” zu haben, würde zeitnah zur ultimativen Zukunft werden.

“Dazu brauche ich jedoch gewisse Parameter”, so Gouya Lechner weiter, “und Versuche dadurch eine digitale Kontrolle zu modellieren. Dafür benötigt es Daten mit einer gewissen Qualität.”

Digitaler Zwilling: Simulation von Krankheit und Arzneiwirkung

Ein digitaler Zwilling würde es vor allem ermöglichen, einen Krankheitsverlauf zu simulieren, zu sehen, welche Auswirkungen eine Blockade von Mechanismen im Körper auslöst und den Erfolg eines Medikaments zu prüfen, bevor es an den Menschen geht.

All dies ginge mit einer Kostenersparnis einher und würde “Medikamentenfriedhöfe”, wie bei Alzheimer, verhindern. “Die Designs und Patientenzahlen waren in diesem Bereich falsch”, erklärt Gouya Lechner. “Hier hätten KI-Simulatoren leiten können, anstatt Geld, Patienten und Ressourcen zu involvieren.”

KI in Österreichs Medizinbranche erst am Anfang

Während man in Österreich bereits dran ist, KI in der Medizin einzusetzen, die Forscherin hebt hier das AIT hervor, würden die USA mit einer derartigen rapiden Geschwindigkeit in diesem Feld arbeiten, die man hier als “Pace” nicht habe.

“Bei uns herrscht noch sehr viel Unwissen”, betont Gouya Lechner. “Wir haben eigentlich erst begonnen, uns mit der Thematik zu befassen. Allerdings können wir uns bereits bei ‘Prediction Models’ einbringen, sind auf der Suche nach Personen mit Softwareskills und KI-Expert:innen – aktuell suchen wir auch nach Startups für Kooperationen”, sagt sie.

Und weiter: “Eine schöne Zukunft wäre, dass ich keine Studie mit 10.000 Patienten machen muss, sondern eine sinnvolle kleine Kohorte plus eine simulierte Kontrolle einreichen kann. Die Folge wäre: günstigere Medikamente und man könnte schneller am Markt sein. Das Ziel muss es sein, durch KI nicht Dekaden an Medikamenten arbeiten zu müssen.”

Gouya Lechner weiß, dass wir noch nicht das Level, das für digitale (Patient:innen)-Zwillinge benötigt wird, erreicht haben. Dieses würde man durch Fütterung der Systeme mit Daten erlangen. Das aber nicht in allzu weit entfernter Zukunft, denkt sie.

Keine Angst vorm KI-Twin

“Angst vor dieser Veränderung zu haben, ist hinderlich”, betont Gouya Lechner, wenn es um den Einsatz von KI in der Medizin und etwaige Skepsis darüber geht. “Wenn ich die Augen schließe, dann setzt das jemand anderer um. Natürlich kann ich nicht einem System blind vertrauen, da braucht es Validierung. Behauptungen zu Medikamenten müssen in einem Modell geprüft werden. Aber die Vorteile von KI in der Medikamentenentwicklung stehen deutlich im Vordergrund. Es ist extrem wichtig, sich aktiv damit zu befassen, um die Risiken zu erkennen.”

Allgemein denkt Gouya Lechner, dass KI-Anwendungen Mediziner:innen gut unterstützen werden. “Es hilft mir ja alles, was repetitive Arbeiten übernehmen und alles, was ein System sicherer machen kann, etwa bei Nebenwirkungen. Damit bin ich ja ein besserer Arzt oder eine bessere Ärztin. Und schlussendlich können wir bessere Medikamente entwickeln.”

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OVE, LCM
(c) OVE/Fürthner - (v.l.) Johann Hoffelner, Josef Passenbrunner und Hubert Mitterhofer von LCM.

Seit August des heurigen Jahres hat das LCM mit Johann Hoffelner einen neuen CEO – brutkasten berichtete. Rund drei Monate später darf man sich über den OVE Innovation Award freuen.

Pankl Turbosystems beschäftigt sich mit Brennstoffzellen-Luftversorgungssystemen (FCAS – Fuel Cell Air Supply) sowie mit elektrisch unterstützten Abgasturboladern (EAT – Electrically Assisted Turbocharger) für Kleinserien. Weil aber Turbosysteme technologisch extrem anspruchsvoll sind, setzt die Mannheimer (Deutschland) Firma bei der Optimierung spezieller Komponenten auf externe Entwicklungspartner.

LCM mit Neuauslegung des E-Motors

“Die Elektromotoren für den Antrieb der Verdichterräder sind das Herzstück in FCAS-Systemen. Mit der kompletten Neuauslegung dieses Elektromotors hat LCM einen unentbehrlichen Beitrag zum gelungenen Innovationssprung und Wettbewerbsvorsprung geleistet”, erklärt Pankl Turbosystems-Geschäftsführer Gerhard Krachler.

Konkret hat es neun Monate gedauert, bis das LCM-Team rund um Hubert Mitterhofer und Josef Passenbrunner die ersten Funktionsmuster für den Elektromotor lieferte. Diese erfüllten die Erwartungen von Pankl und liefern Drehzahlen von bis zu 140.000 U/min und eine Nennleistung von 22kW. In diesem Sinne könnte ein FCAS von Pankl Turbosystems, in dem ein von LCM ausgelegter Motor arbeitet, schon bald bei einem Stratosphärenflug an Bord sein, heißt es.

Im Auftrag der britischen Stratospheric Platforms Ltd, eines Herstellers von Bauteilen für die Luft- und Raumfahrt, hat Pankl gemeinsam mit weiteren internationalen Unternehmen an der Entwicklung eines unbemannten Zero-Emission-Flugobjekts gearbeitet: “Selbst wenn dieses Projekt noch in einem sehr frühen Stadium ist, unterstreicht es die enorme Dynamik in der Brennstoffzellen-Technologie”, so Krachler weiter.

“Begrenzter Bauraum”

So unterschiedlich die Einsatzgebiete der FCAS sind, haben sie doch eine Gemeinsamkeit: Der Bauraum ist immer extrem begrenzt. Mithilfe der LCM-Software-Plattform “SyMSpace” konnte aus dieser Not eine Tugend gemacht werden. Damit wurden alle Komponenten – von der Baugröße des Motors über die Materialauswahl bis zur Dimensionierung jedes Bauteils – so aufeinander abgestimmt, dass die errechnete Motorauslegung nicht mehr verbessert werden kann, wie es in einer Aussendung heißt.

“Aus mehreren tausenden Varianten entsteht auf diese Art ein Elektromotor in der geforderten Baugröße, der in der Simulation 97 Prozent Wirkungsgrad erreicht. Es lässt sich kein Parameter weiter verbessern, ohne einen anderen zu verschlechtern”, erklären Passenbrunner und Mitterhofer.

Welches enorme Potential Brennstoffzellen haben, unterstreicht auch das Projekt SkalTABs (skalierbares Thermomanagement und Antriebsstrang für Brennstoffzellen-Nutzfahrzeuge). In dem vom deutschen Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderten Forschungsprojekt arbeiteten mit der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen (RWTH) neben Infineon, GreenIng, AVL LIST und MACCON auch Pankl Turbosystems zusammen.

Das Ziel war es, für mittelständische Unternehmen und Fahrzeughersteller mit kleineren Stückzahlen einen Baukasten für verschiedene Leistungsstufen eigener Brennstoffzellensysteme zu erforschen: “Selbstverständlich war auch unser gemeinsam mit LCM entwickeltes FCAS mit an Bord”, sagt Krachler. Weitere Förderprojekte für Antriebssysteme im Megawatt-Bereich werden gerade vorbereitet.

Award für LCM mit Signalwirkung

Dass LCM und Pankl Turbosystems für ihr Projekt mit dem OVE Innovation Award ausgezeichnet werden, hat für Hoffelner Signalwirkung. Gerade bei nicht-fossilen Antriebtechnologien sei Reichweite das entscheidende Kriterium: “Reichweite ist immer eine Frage der Effizienz. Je effizienter Antriebsysteme arbeiten, desto mehr Reichweite ist möglich. Mit der Zusammenarbeit am FCAS haben wir die Grenzen des Möglichen gemeinsam ein wenig verschoben”, sagen Hoffelner und Krachler.

Bernhard Jakoby, OVE-Juryvorsitzender und Vorstand des Instituts für Mikroelektronik und Mikrosensorik an der Linzer Johannes Kepler Universität (JKU), begründet die Entscheidung LCM zu prämieren wie folgt: “Das ausgezeichnete Projekt zeigt wieder einmal, dass es in Österreich gelingt, innovative Technologien aus der Forschung in die Praxis zu bringen und am Weltmarkt zu etablieren.”

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