Dialyse in Zukunft überflüssig: Wissenschaftler entwickeln künstliche Niere

Rund zwei Millionen Menschen auf der ganzen Welt werden wegen  terminaler Niereninsuffizienz (TNI), d.h. Nierenerkrankung im Endstadium behandelt, was zu einem akuten Mangel an Nieren für Transplantationen geführt hat.

2016 standen beispielsweise in den USA nur 21.000 Spendernieren zur Transplantation zur Verfügung, bei einer Warteliste von fast 100.000 Patienten, was zu einer Wartezeit von fünf bis zehn Jahren führte.

Schematische Darstellung des Ablaufs einer Dialyse-Behandlung

Das ‘Projekt Niere’ ist ein nationales Netzwerk, das gemeinsam an der Entwicklung einer implantierbaren künstlichen Niere arbeitet, mit der die Notwendigkeit der Dialyse überflüssig gemacht werden könnte.

Während einer Präsentation bei der Nierenwoche der Amerikanischen Gesellschaft für Nierenheilkunde im November 2019 gab das Team bekannt, dass Wissenschaftler der Universitätsklinik San Francisco in der Lage waren, einen Prototyp eines Nieren-Bioreaktors mit funktionsfähigen menschlichen Nierenzellen in Schweine zu implantieren, ohne diese Tiere durch den Test zu schädigen.

Shuvo Roy, Co-Leiter des Nieren-Projekts der UCSF Schools of Pharmacy and Medicine bezeichnete dies als einen wichtigen Meilenstein in der Entwicklung der Technologie.

“Dies ist der erste Nachweis, dass Nierenzellen ohne durch das Immunsystem abgestoßen zu werden, erfolgreich in ein großes Tier implantiert werden können und gleichzeitig gesund genug bleiben, um ihre Funktion zu erfüllen. Dies ist ein wichtiger Meilenstein für uns. Basierend auf diesen Ergebnissen können wir uns nun darauf konzentrieren, den Bioreaktor zu vergrößern und ihn mit der Blutfiltrationskomponente der künstlichen Niere zu kombinieren”, erklärte Roy.

Das Gerät, das vom ‘Projekt Niere’ entwickelt wird, enthält ein Blutfiltrationssystem namens Hämofilter, das Giftstoffe aus dem Blut entfernt, indem es durch Siliziummembranen geleitet wird.

Die Vorrichtung enthält zudem einen Bioreaktor, der kultivierte menschliche Nierenzellen enthält, die wie eine tatsächliche menschliche Niere wirken.

Das Hämofiltrationssystem des Nieren-Projekts wartet derzeit darauf, dass die US-Bundesgesundheitsbehörde eine klinische Studie genehmigt, um seine Sicherheit zu bewerten.

Laut Roy macht das Team Fortschritte, doch liege immer noch ein langer Weg vor ihm.

“Eine komplexe Zelltherapie wie diese in die klinische Anwendung zu bringen, wird keine einfache Aufgabe sein – zum Beispiel wird sie erhebliche Investitionen in die Zellproduktion und -charakterisierung in kontrollierten GMP-Anlagen erfordern, um jede Möglichkeit einer Infektion zu vermeiden. Jetzt haben wir bestätigt, dass wir auf dem richtigen Weg sind, diese Bemühungen voranzutreiben”, sagte Roy.

Titelbild:  BIONISCHE PROTHETIK  – Ein bionisches* Auge klingt nach Science-Fiction, doch ein 3D-Drucker hat diesen Prototypen innerhalb einer Stunde erstellt und das Versprechen einer Sehprothese damit sehr viel näher an die Realität herangeführt.  [*’bionisch’ bedeutet etwas vom Menschen Gebautes, was sich an der Natur orientiert.]

Analysengestützte, individualisierte Versorgung wird Krankheiten nicht nur behandeln, sondern zunehmend gar verhindern.

Ich hätte Harriett nie getroffen, wenn da nicht unsere gemeinsame Freundin Linda wäre. Ich bin Arzt in Nordkalifornien. Harriett ist Kommunikationsmanager in New York City. Linda ist Mitbegründerin eines Online-Unternehmens für Persönliche Genomik, an das Harriett und ich jeweils unsere genetischen Informationen zur Analyse schickten.
Linda stellte uns einander vor, nachdem sie gesehen hatte, dass Harriett und ich etwas gemeinsam hatten: eine seltene Art von mitochondrialer DNA, was bedeutet, dass wir, wenn auch weit entfernt, miteinander verwandt sind. Es stellte sich heraus, dass wir diese Genealogie auch mit einer prähistorischen Berühmtheit teilen: mit der Gletschermumie Ötzi,  dem “Mann aus dem Eis”, dessen 5.300 Jahre alte gefrorene Leiche man 1991 in den Alpen entdeckt hatte.
Zum Spaß habe ich sogar eine Facebook-Gruppe gegründet für Leute mit der gleichen DNA-Variante , die Ötzi, Harriett und ich haben.

NÜTZLICHE DNA ORIGAMI

Bioingenieure haben Tetraeder, Hasen und mehr im Nanomaßstab hergestellt, indem sie DNA zu Origami gefaltet haben. Sie geben die gewünschte Form in einen Algorithmus ein, der bestimmt, wie ein langer DNA-Strang, oder ein Gerüst, in zwei- und dreidimensionale Formen gebogen wird, die von kürzeren DNA-Stücken zusammengehalten werden. Andere Moleküle, die an der Oberfläche des Gerüsts haften, verleihen ihm seine Funktion, wie z.B. die Beförderung von Medikamenten oder Genbearbeitungswerkzeugen zu einem bestimmten Teil des Körpers. Mark Bathe vom MIT (Massachusetts Institute of Technology) sagt, dass der „besondere Segen“ des DNA-Origamis in einer Struktur besteht, welche die Blut-Hirn-Schranke überqueren kann, die bislang verhindert, dass viele Medikamente das Gehirn erreichen.  – Teresa Machemer

FOTO VON ERIK BENSON UND BJÖRN HÖGBERG, KAROLINSKA INSTITUT

Ich erzähle diese Geschichte hier zur Verdeutlichung. Harriett und ich haben uns über ein Kunststück der Biomedizin kennengelernt – Massenmarkt- und kostengünstige Genanalysen -, was früher undenkbar gewesen wäre und heute an der Tagesordnung ist. Die Zusammenführung von digitalen Technologien und sozialen Plattformen hat es uns ermöglicht, unsere eigenen Genotypen zu ergründen und das, was wir herausgefunden haben, mit dem Online-Universum zu teilen.

Mittlerweile haben wir eine rasante Zunahme technologiegetriebener Errungenschaften und Innovationen erlebt, die das Potenzial haben, viele Aspekte der Gesundheit und Medizin neu zu gestalten. Überall um uns herum entwickeln sich Technologien von künstlicher Intelligenz (KI) bis hin zu persönlicher Genomik und Robotik immer weiter und prägen die Zukunft der Medizin.

Die hier beschriebenen Innovationen – von denen sich viele noch im Anfangsstadium befinden -, sind an sich schon beeindruckend. Zudem sind sie jedoch auch deshalb besonders begrüßenswert, weil sie den Übergang weg von unserer traditionellen, gegliederten Gesundheitsversorgung hin zu einem Modell der “vernetzten Gesundheit” ermöglichen.
Wir haben jetzt die Möglichkeit, die verschiedenen Punkte zu verbinden und über Institutionen hinauszugehen, die lediglich episodische und reaktive Pflege anbieten, vor allem nachdem sich die Krankheit bereits entwickelt hat, und vielmehr in eine Ära der kontinuierlichen und proaktiven Pflege einzutreten, die darauf ausgerichtet ist, der Krankheit voraus zu sein. Man stelle sich vor: ständig präsent, analytisch unterstützt, in Echtzeit, individuelle Aufmerksamkeit für unsere Gesundheit und unser Wohlbefinden. Nicht nur, um Krankheiten zu behandeln, sondern zunehmend, um ihre Entstehung zu verhindern.

IN WENIGEN AUGENBLICKEN ENTSTEHT EIN BIONISCHES AUGE

Die Entwicklung eines bionischen Auges ist mit vielen Herausforderungen verbunden. Möglicherweise haben Forscher nur eine davon gelöst: Mithilfe von 3D-Technologie haben sie eine Reihe von Lichtrezeptoren auf ein glasaugenförmiges Objekt gedruckt. Die Silberpartikel, die sie als „Tinte“ verwendeten, blieben trotz der gekrümmten Oberfläche erhalten, und die Fotodioden wandelten Licht mit 25 Prozent Wirkungsgrad in Energie um. Nächster Schritt: Mehr Lichtrezeptoren und eine weichere Oberfläche, um das Implantat komfortabler zu machen.  – Rachel Hartigan Shea

FOTO VON REBECCA HALE

Im überkommenen Medizinmodell wurden die Gesundheitsdaten der Patienten nur zeitweise, vor allem bei Klinikbesuchen, gesammelt und auf Akten und elektronische Krankenakten verteilt. Heute gibt es eine weitaus bessere Option: Persönliche Technologie, die Vitalfunktionen kontinuierlich überwacht und Gesundheitsdaten umfassend aufzeichnet.

MEHR UND MEHR GESUNDHEITSDATEN

Wie schnell wachsen die Menge und Verfügbarkeit gesundheitsbezogener Daten? Ein Bericht der Schule für Medizin an der Stanford Universität  formuliert es so: “Die schiere Menge an Gesundheitsdaten wächst astronomisch schnell. Im Jahr 2013 wurden 153 Exabyte (ein Exabyte = eine Milliarde Gigabyte) produziert, und im Jahr 2020 werden es schätzungsweise 2.314 Exabyte sein, was einer jährlichen Gesamtzunahme von mindestens 48 Prozent entspricht.”

Nur ein Jahrzehnt nach der Einführung tragbarer Aufzeichnungsgeräte durch Fitbit sind Gesundheitstracking-Geräte heutzutage allgegenwärtig. Die meisten werden verwendet, um Fitnessaktivitäten zu messen und zu dokumentieren. In Zukunft werden diese Sensortechnologien für die Prävention, Diagnose und Therapie von Krankheiten von zentraler Bedeutung sein. Sie messen den Gesundheitszustand objektiv, erkennen Veränderungen, die auf einen sich entwickelnden Zustand hindeuten, und leiten die Patientendaten an die Ärzte weiter.

Flexible, elektronische medizinische Tattoos und Aufklebersensoren können ein Elektrokardiogramm erstellen, die Atemfrequenz messen, den Blutzucker messen und die Ergebnisse nahtlos über Bluetooth übertragen. Das bedeutet die mobile Verfolgung von Vitaldaten, und zwar auf einer Ebene, die es ansonsten nur auf einer Intensivstation gibt.

Hörgeräte oder Ohrhörer mit eingebauten Sensoren verstärken nicht nur den Schall, sondern verfolgen auch Herzfrequenz und Bewegung. Solche intelligenten Ohrhörer könnten auch in einen digitalen Trainer integriert werden, um einen Läufer anzufeuern, oder in einen Leitfaden, um Demenzpatienten Hilfe zu leisten.

Intelligente Kontaktlinsen werden in Zukunft mit Tausenden von Biosensoren bestückt und so konstruiert sein, dass sie Frühindikatoren für Krebs und andere Erkrankungen erkennen. Linsen, die sich derzeit in der Entwicklung befinden, werden eines Tages den Blutzuckerwert in Tränenflüssigkeit messen können, um Diabetikern dabei zu helfen, mit Ernährung und Medikamenten umzugehen.

DIE GESUNDHEIT IM AUGE BEHALTEN

Die kapillare Blutentnahme aus der Fingerkuppe können wir bald vergessen. Kontaktlinsen sind bereits in der Entwicklung, die den Blutzuckerspiegel anhand von Tränen messen. Südkoreanische Forscher konnten eine transparente, flexible Elektronik anbringen, welche die Sicht nicht behindert, während sie drahtlos Elektrizität weiterleitet, um Glukosesensoren zu betreiben.  – Eva Conant

FOTO VON KIM KYOUNG CHAE, UNIST

Implantierbare Vorrichtungen können einen Hochfrequenz-ID-Chip unter der Haut mit den medizinischen Unterlagen eines Patienten umfassen, oder etwa einen subkutanen Sensor, der die Blutchemie kontinuierlich überwachen kann. Einnehmbare Geräte in Kapseln werden nach dem Hinunterschlucken eingesetzt, um Aufgaben im Magen-Darm-System auszuführen, von der Behandlung bis hin zur Isolierung von Fremdkörpern.

ROBOTER KLAPPT SICH AUS UND BEGINNT SEINE FUNKTION

Eine neue Falte bei Origami-Robotern ist rechteckig, packt einen winzigen Magneten und faltet sich im Akkordeonstil, um in eine pillengroße Hülle zu passen, die perfekt zum Schlucken geeignet ist. Mittlerweile im Testbetrieb, entfaltet sich der Roboter nun im Darm, um eine aufgenommene Knopfbatterie oder ein durch sie beschädigtes Gewebstück zu greifen und zu entfernen.  – Lori Cuthbert

FOTO VON JASON DORFMAN, MIT CSAIL

Ein Überwachungspflaster am Bauch einer schwangeren Frau kann die Bewegung der Gebärmuttermuskulatur erkennen, um so besser zu wissen, wann die Wehen voranschreiten. Später können die Eltern über eine Babykamera quasi ein digitales Auge auf ihr Kind werfen, das die Atmung des Kindes auf dem Bildschirm aufzeichnet und einen Alarm sendet, wenn das Baby nicht mehr atmet. Es gibt sogar Hightech-Hilfe für die Entwicklung von Frühchen: Kopfhörer spielen Musik, die kalibriert ist, um zu beruhigen oder zu stimulieren, und Scans überprüfen die Gehirnströme, um festzustellen, ob sie funktionieren.

EIN MUSIKALISCHER MEILENSTEIN

In den meisten Ländern ist die Zahl der Frühgeburten – d.h. bis zur 37. Woche – in den letzten 20 Jahren angestiegen. Ein zu frühes Verlassen der nährenden Gebärmutter kann Komplikationen auslösen und führt häufig zu einem Aufenthalt auf der Neugeborenen-Intensivstation eines Krankenhauses.

An der Universitätsklinik in Genf, Schweiz, wird Musik für einige Frühchen in den Pflegeplan aufgenommen. Im Gegensatz zu den Musikprogrammen anderer Intensivstationen enthält dieses neuartige Projekt drei spezifische Songs, die Babys über für solche winzigen, zerbrechlichen Köpfe entwickelten speziellen Kopfhörer anhören. Die Songs sind Teil einer fortlaufenden Studie, die untersuchen soll, wie Musik das Gehirn eines Frühgeborenen beeinflusst und wie gut es Melodie, Tempo und Tonhöhe erkennen kann – Fähigkeiten, die wahrscheinlich mit der Sprachverarbeitung zusammenhängen.

 Das Projekt wurde von der Neonatologin Petra Huppi, der Forscherin Manuela Filippa und dem Komponisten Andreas Vollenweider entwickelt. Dabei werden die Gehirne von Babys während des Hörens mittels MRT gescannt und mit denen von Babys verglichen, welche die Musik nicht gehört haben. Die Songs – kurz und “viel einfacher als Mozart”, so erläutert Huppi – wurden komponiert, um den Säuglingen beim Einschlafen, Aufwachen oder beim sozialen Interagieren, wie etwa dem Kontakt mit den Eltern oder der Säugligsschwester, zu helfen.

 Weitere Forschungen werden den vollen Nutzen dieser Therapie zu beurteilen haben, doch die ersten Ergebnisse sind vielversprechend. Kernspintomographie-Untersuchungen zeigen eine verbesserte Gehirnkonnektivität, und die Songs scheinen den täglichen Rhythmus des Schlafens und Aufwachens zu unterstützen – der Schlüssel zum Erfolg in einer lauten Intensivstation und der Welt dahinter.  – Catherine Zuckerman

 FOTO VON CRAIG CUTLER

Und wenn wir Gesundheitsdaten sammeln wollen, während niemand ein Aufzeichnungsgerät trägt? Ingenieure am MIT haben eine WiFi-ähnliche Box so modifiziert, dass sie Vitalfunktionen und Schlafmuster mehrerer Personen im selben Haushalt gleichzeitig erfassen kann.

Wenn neue Sensortechnologien entstehen, werden sie mehr biomedizinische Daten und Erkenntnisse liefern – und diese können mit wachsenden Speichern genomischer Daten kombiniert werden. In Kombination werden sie uns zu neuen Wegen führen, um das Wohlbefinden zu optimieren, Krankheiten zu verstehen und die patientenspezifischsten Präventivmaßnahmen und Interventionen auszuwählen.

Die zunehmende Anzahl digitaler Werkzeuge in Kombination mit auf Künstlicher Intelligenz basierenden Analysen wird mit ziemlicher Sicherheit die Genauigkeit und Geschwindigkeit der Arbeit der Diagnostiker erhöhen, die Erkennung von Krankheiten in einem frühen Stadium verbessern und somit die Chancen auf eine erfolgreiche Behandlung oder Heilung steigern. Viele davon werden wahrscheinlich über das Telefon funktionieren.

Mit Smartphone-Otoskopen können Eltern Kindern in die Ohren schauen und die Sicht mit einem Kinderarzt teilen. Mithilfe von Apps und Sensoren kann ein Telefon Elektrokardiogramme erstellen, um nach gefährlichen Arrhythmien zu suchen. Software und ein Mikrofon können es so ausrüsten, dass es sich Husten „anhören“ und eine Lungenentzündung diagnostizieren kann. Zur Verbesserung der Behandlung von Bluthochdruck – einem der wichtigsten Risikofaktoren für den frühen Tod – werden derzeit in der Entwicklung befindliche Sensoren kontinuierlich den Blutdruck messen (keine Druckmanschette erforderlich).

EIN PFLASTER, DAS SEHR DETAILLIERT LIEST

Dieses tragbare Pflaster, das kleiner als eine Briefmarke ist, hält den Takt – das heißt, den Herzschlag. Es misst den Blutdruck tief im Körper, indem es Ultraschallwellen aussendet, welche die Haut durchdringen, von Gewebe und Blut abprallen und Daten an einen Laptop zurückgeben.  – Eva Conant

FOTO VON CHONGHE WANG UND SHENG XU, UC SAN DIEGO

Einige Technologien verbessern die Genauigkeit und Geschwindigkeit der Bemühungen von Klinikern wesentlich. Das Erkennen einer bakteriellen oder Virus-Infektion und die besten Medikamente, um sie zu behandeln, können normalerweise lange Wartezeiten auf die Ergebnisse von Blutkulturen bedeuten. Wissenschaftler haben jedoch Biochips entwickelt, die innerhalb weniger Stunden einen vollständigen mikrobiellen Scan durchführen können, ohne Kulturen zu benötigen – und dabei möglicherweise Mutationen identifizieren, die einige Mikroben gegen Antibiotika resistent machen.

Der Boom in der Erforschung des menschlichen Mikrobioms – die Billionen von Bakterien auf und in jedem einzelnen Körper – fördert neue Diagnosemodi und steigert das Verständnis. Eine genetische Analyse könnte dabei helfen, die vielen Geheimnisse des Darmmikrobioms zu lüften, von dem man annimmt, dass es eine Rolle für das Risiko und die Entwicklung von Fettleibigkeit, entzündlichen Darmerkrankungen, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und sogar neurologischen Erkrankungen spielt.

Dank künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen können Diagnosewerkzeuge zum Lesen von Gewebeproben und radiologischen Scans trainiert werden. Google-Forscher haben mehr als eine Viertelmillion Patienten-Retina-Scans in Algorithmen eingespeist, die Muster erkennen – und die Technologie hat „gelernt“, welche Muster voraussagen, dass ein Patient hohen Blutdruck hat oder ein erhöhtes Risiko für Herzinfarkt oder Schlaganfall besteht. In einigen Vergleichen führten digitale Werkzeuge zu genaueren Analysen als diejenigen von Humanpathologen, Dermatologen oder Radiologen.

POWER-THERAPIE FÜR DAS GEHIRN

Die Verwendung von Elektrizität als Medizin ist seit dem ersten Herzschrittmacher weit fortgeschritten. Implantierte Elektroden, die in diesem Röntgenbild sichtbar sind, liefern elektrische Impulse, die als Tiefenhirnstimulation (DBS) bezeichnet werden. Diese „Hirnschrittmacher“ haben Erkrankungen wie Zwangsstörungen und Parkinson bereits wirksam behandelt und werden bei Alzheimer-Patienten getestet, um Fokus, Gedächtnis und Urteilsvermögen zu verbessern. Eine Studie der Cleveland Clinic über DBS zur Stimulierung der Schlaganfallheilung hat vielversprechende Ergebnisse gezeigt. Ein Schlaganfall von 2015 raubte einer Patientin die Funktion auf der linken Seite – aber nach Monaten der Physiotherapie, Ergotherapie und DBS spielt sie wieder Fangen mit ihren Enkeln.  – Patricia Edmonds

FOTO: OHIO STATE UNIVERSITY WEXNER MEDICAL CENTER

In den Vereinigten Staaten sind die Zeiten, in denen Ärzte routinemäßig Hausbesuche machen, schon lange vorbei. Demnächst: die Praxis der besten medizinischen Versorgung, die persönlich in einer Praxis, einer Klinik oder einem Krankenhaus stattfindet. In zunehmendem Maße wird die Versorgung in einem gemischten Modell aus realer und virtueller Welt erfolgen.

Bei den meisten Patient-Arzt-Interaktionen ist weder “Handanlegen” noch eine körperliche Untersuchung erforderlich. Private (und zunehmend erstattungsfähige) Skype-ähnliche Interaktionen zwischen Patient und Arzt finden über webbasierte Portale statt. Die Vitaldaten der Patienten werden über webintegrierte drahtlose Scans, Blutdruckmanschetten und Überwachungsgeräte abgerufen und an den Arzt weitergegeben. Ein Telemedizin-Dermatologe kann das vom Patienten gesendete Selfie verwenden, um einen verdächtig aussehenden Hautfleck vorab zu untersuchen und zu sagen, dass man sich einfach ausruhen oder besser persönlich untersuchen lassen sollte.

DAS WEISSE UNSERER AUGEN LESEN

Eine an der Universität von Washington in Entwicklung befindliche Smartphone-App könnte bei der Diagnose von Bauchspeicheldrüsenkrebs helfen, indem das Weiße der Augen auf Anzeichen von Gelbsucht überprüft wird. Nimm ein Selfie auf, und die App würde es verwenden, um erhöhte Bilirubinwerte zu erkennen, ein mögliches Anzeichen für die Krankheit.  – Lori Cuthbert

FOTO VON REBECCA HALE

Die Zeit, die in der Regel für medizinische Termine benötigt wird – einschließlich Reise- und Wartezeiten – sinkt, und wird durch Besuche in der Telemedizin bei einem neuen Typ von Klinikern ersetzt, dem sogenannten „Virtualisten“. Die Beziehung zwischen Anbieter und Patient nimmt eine Déjà-Vu-Form an, bei der Patienten für Termine in ihren eigenen vier Wänden sind.

DIE REALITÄT DEN MEDIZINISCHEN VERWENDUNGEN ANPASSEN

Erweiterte und virtuelle Realität (AR und VR) verlagern sich von der Spielewelt hin in die medizinische Fakultät, die Klinik und den Operationssaal. Krankenpflege- und Medizinstudenten können auf VR-Touren durch menschliche Organe über Anatomie und Physiologie lernen. Operationen, die in VR aufgezeichnet oder live übertragen werden, lassen weit entfernte Studenten aus der Sicht eines Chirurgen zuschauen. Die VR-Therapie nutzt die intensive, ganzheitliche Erfahrung zur Behandlung von Schmerzen, Phobien und anderen Erkrankungen. AR kann Bildgebungsdaten mit tatsächlichen Verfahren verbinden, so dass ein Chirurg bei der Arbeit in einen Körper sehen oder sich von einem entfernten Mentor führen lassen kann.  – Daniel Kraft

In Zukunft können Verschreibungen mehr “Digitalwirkstoffe” beinhalten.
Sie sind bereits in begrenztem Umfang im Einsatz und sollen das Wohlbefinden verbessern oder eine Erkrankung ohne Medikamente, ohne persönliche Betreuung – nur mit Hilfe von verschriebener Software oder den digitalen Austausch mit einem Arzt, der Informationen und Ermutigung anbietet, bewältigen.

Obwohl viele noch in der Studie sind, zeigen einige bereits ihre Wirksamkeit. Beispiele: Mindestens zwei Firmen haben Apps entwickelt, um das unerbittliche Geräusch von Tinnitus zu reduzieren, indem sie das Gehirn neu trainieren, um die Lautstärke zu verringern – und einige Anwender sagen, dass dies funktioniert. Um Patienten mit Herzinsuffizienz zu behandeln, verschrieb die Mayo-Klinik die Verwendung einer App, die den Blutdruck, die Aktivität und andere Faktoren aufzeichnet. Das berichtete Ergebnis: eine 40-prozentige Reduzierung der Krankenhauswiedereinlieferungen aufgrund von Herzproblemen.

3D-DRUCK LÖSUNGEN

Viele künstliche Gliedmaßen beginnen immer noch mit einem Gipsabdruck. Die Umwandlung dieser Form in eine Fassung, die bequem zum Gliedstumpf passt, ist ein teurer und aufwendiger Prozess – wenn man das Glück hat, in der Nähe eines ausgebildeten Orthopädietechnikers zu leben. Weltweit haben viele Amputierte jedoch keinen Zugang zu Prothesen. Mobiltelefone und 3D-Druck könnten eine Lösung sein, sagt Albert Yu-Min Lin (hier im Arizona Antelope Canyon), ein National Geographic-Forscher, der 2016 selbst einen Teil seines Beines verloren hat. Telefonkameras könnten Gliedmaßen scannen und damit Messungen für Profis mit 3D-Druckern ermöglichen, die passende kostengünstige Fassungen herstellen, die dann an Amputierte auf der ganzen Welt verschickt werden.  – Christina Nunez

FOTO VON BRUNA BORTOLATO

Die herkömmlichen Rezepte könnten in Zukunft von einem Geldautomat-ähnlichen Roboter ausgegeben werden, der von einem Anbieter oder Algorithmus ferngesteuert wird, um die korrekten Dosen zum richtigen Zeitpunkt sicherzustellen. Oder der Arzt konsultiert Deinen Gentest, um die am besten geeigneten Medikamente für Dein spezifisches Genprofil zu ermitteln.

Vor einigen Monaten haben Harvard- und MIT-Wissenschaftler einen Weg gefunden, das Risiko einer Person für fünf tödliche Krankheiten viel genauer vorherzusagen. Sie erreichten dies, indem sie DNA-Veränderungen an 6,6 Millionen Stellen im menschlichen Genom untersuchten und einen ausgeklügelten Algorithmus anwendeten. Aber auch genetische Tests, die nur Teile des Genoms analysieren, wie ich sie gemacht habe, können wertvolle Informationen über die Veranlagung zu Demenz, Parkinson, Diabetes und anderen Erkrankungen liefern. Auch hier können Fortschritte in der Medizintechnik für mich und für Harriett Vorteile bringen. (Tur mir leid, Ötzi, ist leider zu spät für Dich.)

BESSERE PROSTATAKREBSANALYSE

Hochgradige Prostatakrebserkrankungen können tödlich sein, niedriggradige Fälle müssen möglicherweise nur überwacht werden – und beide können von den jüngsten Fortschritten in der Cleveland Clinic profitieren. Ein Forscherteam hat herausgefunden, dass Patienten mit einer genetischen Anomalie auf Testosteronbasis auf bestimmte Medikamente unterschiedlich ansprechen, was den Weg für personalisierte Behandlungen ebnen könnte. Andere Forscher entwickelten einen neuen Bluttest, der das Prostatakrebsrisiko genauer vorhersagt als bestehende Tests. Dies könnte den Bedarf an Biopsien und die Behandlung von Fällen, bei denen es unwahrscheinlich ist, dass sie tödlich sind, drastisch verringern.  – Patricia Edmonds

FLUORESZENZ BESCHREIBT DIE TEILE DIESER PROSTATAKREBSZELLEN. DREIFARBIGES KONFOKALBILD: JAMES HAYDEN, WISTAR INSTITUT

Wenn man sich nicht persönlich mit seinem Arzt trifft, könnte ein Roboter genauso gut wie ein Mensch dienen? Bald beantworten sie möglicherweise Informations- und Auskunfts-Anrufe. Eine Chatbot-Krankenschwester wird versuchen, herauszufinden, was Dich bedrückt, indem sie nach Deinen Symptomen fragt und Daten von Deinen tragbaren Geräten und den Gesundheitsdaten von Menschen mit vergleichbarer Konstellation abruft. Sollten Deine Beschwerden eher psychischer als physischer Natur sein, kannst Du Dich ich von einem virtuellen Therapeuten beraten lassen, der so programmiert ist, dass er sich wie ein Mensch unterhält, Selbsthilfe leistet und ein offenes Ohr hat.

DIE SCHARFEN AUGEN VON KÜNSTLICHER INTELLIGENZ

Die korrekte Identifizierung der Krebszellen in einer Lungengewebeprobe (links) ist der Schlüssel für eine erfolgreiche Behandlung. Es ist ein idealer diagnostischer Einsatz von künstlicher Intelligenz. In einer Studie wurde dieselbe KI, mit der Google Objekte online identifiziert, darauf trainiert, Krebsformen zu erkennen. Es fand dann zwei Formen in einer Gewebeprobe (rechts) so genau wie es ein Mensch konnte, jedoch in Sekundenschnelle. KI wurde auch verwendet, um die genaue Dosierung eines Krebsmedikaments zu modellieren, um Tumore zu verkleinern, dabei indes nur minimale toxische Nebenwirkungen zu verursachen.  – Lori Cuthbert

Für die Probe auf der linken Seite führte KI die Analyse auf der rechten Seite durch und zeigte normales Lungengewebe (grau) und zwei Krebsarten: Adenokarzinom (rot) und Plattenepithelkarzinom (blau).

GEWEBEBILD: CANCER GENOME ATLAS

Roboter können auch bei Begegnungen von Angesicht zu Angesicht an der Gesundheitsversorgung teilnehmen. Man stelle sich den Roboter-Phlebotomiker vor, der mit Ultraschall prüfen kann, welche Vene das beste Ziel ist, und der dann Blut abnehmen oder eine Infusion vornehmen kann. In Ländern, in denen es an menschlichen Betreuern mangelt, können Betreuungsroboter zum Heben und Bewegen von Patienten sowie zur sozialen Interaktion eingesetzt werden. Und Roboter, die als Physiotherapie-Trainer programmiert sind, können Patienten dabei helfen, ihre Trainingspläne einzuhalten.

UNTERSTÜTZUNG DURCH ROBOTER

Für Patienten mit schweren Mobilitätsproblemen, wie etwa partieller Lähmung, entwickeln Wissenschaftler Roboterstrukturen, die sich wie ein Außenskelett entfalten und stützem. Die Geräte sind so programmiert, dass sie den Körper durch Bewegungen führen – wie z. B. einem Schlaganfallpatienten beim Gehen zu helfen – um Haltung und Kraft wiederherzustellen.  – Natasha Daly

FOTO VON MARCEL VAN DEN BERGH

Es ist großartig, von diesem technologischen Fortschritt zu profitieren, doch es ist genauso wichtig, ihn zu verbreiten. Im Jahr 2016 starben schätzungsweise 3,6 Millionen Menschen in Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen, weil ihnen der Zugang zur Gesundheitsversorgung fehlte. Und noch mehr Menschen in diesen Ländern – schätzungsweise fünf Millionen – starben, weil sie medizinisch schlecht versorgt wurden. Wir können heute anfangen, dies zu ändern, indem wir den Reichtum an neuen medizinischen Technologien und anderen Gesundheits- und Wellnessressourcen teilen.

Verweise:

• https://www.nationalgeographic.com/science/2018/07/news-otzi-iceman-food-DNA-diet-meat-fat
• http://koreabizwire.com/s-korean-researchers-develop-contact-lenses-that-diagnose-diabetes/109087
• https://www.technologyreview.com/s/612148/stretchy-stick-on-patch-can-take-blood-pressure-readings-from-deep-inside-your-body/
• https://newsroom.clevelandclinic.org/2018/08/30/woman-is-first-to-have-deep-brain-stimulation-to-treat-stroke/
• https://www.nationalgeographic.com/magazine/2019/01/personalized-medicine-transforming-your-health-care

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