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Medizin der Zukunft Wie ein Münchener Mediziner mit digitalen Verfahren gegen Leukämie kämpft

Rund 13.700 Menschen erkranken in Deutschland pro Jahr an Leukämie. Künstliche Intelligenz soll helfen, die Therapie zu verbessern und Leben zu retten.
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Mehr Empfehlungen für zielgerichtete Therapien.
Münchener Leukämielabor

Mehr Empfehlungen für zielgerichtete Therapien.

MünchenIn seiner Karriere als Mediziner hat Torsten Haferlach die Vision nie losgelassen. Als Oberarzt an verschiedenen Unikliniken und als habilitierter Facharzt war ihm bewusst: Blutkrebs könnte viel besser und zielgerichteter bekämpft werden, wenn er früher und genauer erkannt würde.

Schon jahrzehntelang arbeitet der Spezialist an einer besseren Diagnostik der Leukämie. Seit 2005 treibt er dies in der Münchener Hämatologiepraxis und im Münchener Leukämielabor voran.

Beide Unternehmen gründete Haferlach mit seiner Frau Claudia und seinem Kollegen Wolfgang Kern, beides ebenfalls habilitierte Mediziner. Nun soll dank neuer Digitaltechnik und Datenanalyse der Durchbruch gelingen.

Der 59-Jährige hat ein ambitioniertes Forschungsprojekt gestartet: Das Erbgut von 5.000 Leukämiepatienten soll vollständig aufgeschlüsselt werden. Fünf neue Geräte des amerikanischen Biotech-Zulieferers Illumina hat das Leukämielabor angeschafft.

„Next Generation Sequencing“ kann die Anordnungen der Basenpaare in den Genen besonders schnell lesen. 15 Wissenschaftler werden zur Interpretation der Daten eingesetzt. Hinzu kommen sechs Bioinformatiker: Sie sollen Software schaffen, mit der künftig aus der Analyse der Genomdaten eines Patienten Rückschlüsse auf die Art seiner Leukämie gezogen werden können.

Statt der seit Jahren vorherrschenden Standarddiagnose soll künstliche Intelligenz Einzug halten. „Ziel ist, dass der Computer per Knopfdruck das Ergebnis anzeigt und die Diagnosen einfacher zu bekommen und sicherer sind“, sagt Haferlach.

Mühsame Diagnose

Eine darauf aufbauende zielgerichtete Therapie könnte Menschenleben retten. Pro Jahr erkranken allein in Deutschland rund 13.700 Menschen an den verschiedenen Formen der Leukämie. Sie gilt als besonders gefährliche Krebsart, weil sie meistens erst sehr spät entdeckt wird.

Je früher aber die Warnzeichen der Leukämie beim Menschen erkannt werden, desto höher sind die Heilungs- und Überlebenschancen. Blutkrebs entsteht durch eine Fehlfunktion im Knochenmark: Dort werden bei jedem Menschen ständig neue Blutkörperchen produziert.

Bei Leukämiepatienten läuft diese Erneuerung aber völlig unkontrolliert ab – es werden zu viele funktionslose Blutkörperchen hergestellt. Folge: Die wichtigen gesunden Blutkörperchen werden verdrängt. Bisher ist die Diagnose mühsam, die mikroskopische Analyse zeitaufwendig.

„Zudem hängt die Qualität des Ergebnisses vielfach von der Erfahrung des Mediziners ab. Ich bin sicher, dass die softwareunterstützte Diagnose weniger Fehler hätte als die des Menschen“, sagt Haferlach. Er weißt, dass er sich mit diesem Ansatz nicht nur Freunde macht. Denn die Fähigkeiten des Kollegen Computer, der womöglich den Mediziner überflüssig macht, wird in der Ärzteschaft kontrovers diskutiert.

Software in Eigenregie

Ursprünglich wollte das MLL das Genomprojekt mithilfe von IBM und dessen Plattform Watson umsetzen. Doch man entschied sich dafür, die benötigte Software selbst zu schreiben. „Die Daten müssen mit molekulargenetischem Know-how sehr spezifisch interpretiert werden“, erläutert Niroshan Nadarajah, Leiter der Bioinformatik im MLL.
Das MLL hat seit seiner Gründung vor mehr als einem Jahrzehnt Proben von bald 600.000 Patienten untersucht, 1,2 Millionen Röhrchen sind aktuell in der Biobank des Labors in München Großhadern eingefroren.

Mit diesem Schatz hat sich das Labor mit seinen mittlerweile mehr als 190 Mitarbeitern einen Ruf weit über München und sogar Deutschland und Europa hinaus erworben. Das Forschungsprojekt zur Genom-Sequenzierung wird einen zweistelligen Millionenbetrag kosten, den das MLL aus eigenen Mitteln finanziert.

„Uns Gründern ist immer wichtig gewesen, unabhängig zu sein“, sagt Haferlach. 3.500 Genome haben die Mitarbeiter bereits diagnostiziert, darunter beispielsweise 600 Fälle der vergleichsweise häufig auftretenden AML (Akute Myeloischer Leukämie), bei der sich unreife Vorläuferzellen bestimmter Blutzellen im Knochenmarkt unkontrolliert vermehren.

Aber auch ganz seltene Formen von Blutkrebs kommen vor. „Es gibt Erkrankungen, die sieht mancher Hämatologe nur alle zehn Jahre. Die Variante der Haarzell-Leukämie ist ein Beispiel dafür. Von der haben wir immerhin schon 25 in unserem Projekt.“

Seine Zuversicht, dass das Projekt einen Beitrag zur Verbesserung der Leukämiediagnostik leisten kann, begründet Haferlach so: „Wir wissen genau, welche Leukämien wir untersuchen.“ Die 5.000 Fälle des Projekts seien klar, man kenne Gestalt, Struktur, Genetik und Mutationen der einzelnen Erkrankung.

„Jetzt wollen wir suchen, wo sich das alles im Genom wiederfindet.“ Derzeit beurteilen die Wissenschaftler die Qualität der gewonnenen Daten. Bei manchen Erkrankungen reichen 30 Proben für den Erkenntnisgewinn. Andere Leukämie-arten sind so divers, dass über einhundert Proben nötig sind.

Bis Ende August sollen die restlichen 1.500 Genome sequenziert werden.

In Stücke geschnitten

Das geht nur mit der neuesten Sequenzier-Technologie von Illumina aus den USA. Die fünf sogenannten Novaseq-Geräte in München haben jeweils eine Million Dollar gekostet. Die Anfang vergangenen Jahres auf den Markt gekommene Maschine ist nach Aussage von MLL-Bioinformatikchef Nadarajah die einzige, die es derzeit schafft, ein Genom mit 3,27 Milliarden Basenpaaren vollständig zu sequenzieren.

Im Laboralltag im MLL wird das Genom sozusagen in Stücke geschnitten, damit gezielt die Teile, von denen man weiß, dass sie für die Hämatologie relevant sind, in Ein-heiten à 150 Basenpaare analysiert werden können. Diese Einheiten werden auf einem kleineren Gerät sequenziert.

Bei der Analyse des vollständigen Genoms kommt es den Mitarbeitern auch drauf an, es möglichst tief zu lesen. Das heißt: Die Anordnung der Basenpaare wieder und wieder zu erfassen, um auch Veränderungen sprich Mutationen erfassen zu können, die selten im Körper vorhanden sind.

„Auch das leistet die neue Gerätegeneration von Illumina durch den höheren Durchsatz besser als die vorhergehende“, sagt Nadarajah. Solches Lob von Kunden kommen beim Hersteller Illumina natürlich gut an.

Doch das Unternehmen gilt in der gesamten Branche tatsächlich als unangefochtener Marktführer im Next Generation Sequencing. Das MLL wiederum ist für den US-Konzern ein wichtiges Referenzprojekt.

„Wir beobachten die Szene der medizinischen Forschung seit Langem und haben das MLL als führenden Player beim Thema Leukämie identifiziert“, sagt David Bentley, Forschungschef bei Illumina. „Wir können durch die Zusammenarbeit erfahren, wie wir die Technologie verbessern können, damit sie erfolgreich eingesetzt werden kann. Davon profitieren wir als Unternehmen.“

Meist werden bei der Gensequenzierung nur die kodierenden Teile des Genoms mit der Erbinformation analysiert, das sogenannte Exom mit 23.000 Genen und 50 Millionen Basen. Das MLL wollte in seinem Projekt aber die gesamte DNA und auch die RNA, die für die Informationsübertragung zuständig ist, analysieren.

„Hier konnten wir also im Vorfeld testen, inwieweit die neuen Maschinen das zufriedenstellend leisten können“, sagt Bentley. Für Illumina mit zuletzt knapp 2,8 Milliarden Dollar Umsatz ist Europa ein wichtiger Markt, der 2017 für rund 23 Prozent des Umsatzes stand, wie Paula Dowdy, General Manager bei Illumina, beschreibt.

In Europa gebe es weitere Forschungskooperationen, von denen sich das Unternehmen einen Schub für die Technologie erhoffe, sagt sie.
Das Genomics-Projekt des staatlichen britischen Gesundheitssystems etwa, bei dem 100.000 Genome analysiert werden, um daraus Rückschlüsse für eine bessere Behandlung von Krankheiten zu ziehen.

Mehr als 65.000 Genome hat man in UK bereits sequenziert. Oder die Forschungen zu Krebs beim Deutschen Krebsforschungszentrum in Heidelberg oder die zu Erkrankungen des Gehirns bei der Firma Life & Brain und der Uniklinik in Bonn.

Genomanalyse wir billiger

Während die Entschlüsselung des ersten Genoms um die Jahrtausendwende noch 15 Jahre dauerte und mehr als drei Milliarden Dollar kostete, geht das heute in 25 Stunden und kostet je nach Lesetiefe ein paar Tausend Euro.

Mit der neuen Gerätegeneration arbeitet sich Illumina Richtung 1.000 Dollar Kosten pro Genomanalyse vor, erläutert Forschungschef Bentley. „Das ist eine Größenordnung, die für viele Forscher interessant sein dürfte.“

Bei der Ankündigung der neuen Novaseq-Technologie im Januar vergangenen Jahres hatte Illumina-CEO Francis de Souza sogar in Aussicht gestellt, dass man bald in der Ära des 100-Dollar-Genoms ankommen werde.

Bentley formuliert das heute vorsichtiger: „Unsere Fähigkeiten, den Preis für eine Genomsequenzierung Richtung 100 Dollar zu bewegen, hängen davon ab, wie stark die Wissenschaft das Next Generation Sequencing unterstützt und die Technologie nachfragt.“

Grundsätzlich könne er sich vorstellen, dass die Genomsequenzierung eines Tages zur Routinediagnostik wird. Bis es so weit ist, dürften aber noch einige Jahre vergehen. Möglicherweise hat dann auch das Projekt des Münchener Leukämielabors einen Beitrag dazu geleistet.

„Wir wollen mehr Empfehlungen für zielgerichtete Therapien geben“, sagt MLL-Gründer Haferlach. Auf dieser Basis könnten Medikamente entwickelt werden, die spezifische Ziele und Signalwege an- oder ausschalten. Haferlach: „Es wäre ein großer Fortschritt, wenn solche Therapien auch Leukämiepatienten zugänglich gemacht werden.“

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