Die enormen Fortschritte in der modernen Medizin erlauben uns, Patienten selbst während schwerer Erkrankungen eine verbesserte Lebensqualität zu ermöglichen. Mit synthetischen Opiaten beispielsweise lassen sich selbst starke Schmerzen während einer Krebserkrankung kontrollieren. Die exakte Dosierung stellt allerdings noch immer eine Herausforderung dar.
Das soll nun anders werden: Damit die Schmerzmitteldosierung im Sinne einer personalisierten Medizin für jeden einzelnen Patienten ermittelt und konstant gehalten werden kann, nutzen Empa-Forscher zusammen mit einem Team der Universität Bern das innovative Forschungsfeld der Computer- und Datenwissenschaften. Das Team um Thijs Defraeye vom "Biomimetic Membranes and Textiles" Labor der Empa in St. Gallen entwickelt mit multiphysikalischen Modellierungen einen digitalen Zwilling des menschlichen Körpers, der die Steuerung und Vorhersage des Therapieverlaufs erlaubt.
In den mathematischen Modellen, auf denen der komplexe digitale Doppelgänger basiert, haben die Forscher eine Vielzahl von Variablen von realen Menschen wie etwa Alter und Lebensstil berücksichtigt. Denn die Wirkung eines Medikaments wird von einer Fülle an körperlichen Parametern beeinflusst, die individuell sehr unterschiedlich sein können. "Wir berücksichtigen bei der Erstellung eines Avatars beispielsweise, wie das Medikament bei der Behandlung im lebenden Körper verstoffwechselt wird und wieviel letztlich im Schmerzzentrum im Gehirn des Menschen eintrifft", erklärt Empa-Forscher Defraeye.
Damit die Dosierung aber nicht nur sicher ist, sondern auch den gewünschten Effekt erzielt, kann der in silico-Zwilling zudem physiologische und psychologische Rückmeldungen von realen Patienten erhalten. Hierzu gibt der Mensch beispielsweise Auskunft, ob und in welcher Intensität er den Schmerz weiterhin wahrnimmt. Von besonderem Interesse ist hierbei die Länge der schmerzfreien Zeit. Und weil nicht jeder Tag ein guter Tag ist, und das Leben voll von unvorhergesehenen Ereignissen, variiert auch die effektive Schmerzempfindung der Betroffenen viel stärker, als dass ein Arztbesuch alle zwei Wochen darauf eingehen könnte. "Mit diesem Feedback des Menschen kann der Avatar die Therapie dynamisch anpassen und den Verlauf sogar vorhersagen", sagt Empa-Forscherin Flora Bahrami. Künftig sollen Sensoren auch weitere physiologische Parameter wie Herzschlag oder Atmungsfrequenz in Echtzeit messen und an den Avatar zurückmelden.
MEDICA.de; Quelle: Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt
