Digitale Zwillinge helfen bei der Behandlung von Herz- und Stoffwechselkrankheiten

Drei bahnbrechende Initiativen in Großbritannien, Frankreich und Indien setzen sich zum Ziel, innovative Ansätze zur Verbesserung der Behandlung von Herz- und Stoffwechselkrankheiten zu entwickeln. Die Ergebnisse zeigen: Digitale Zwillinge haben immenses Potenzial.

Im Vereinigten Königreich testet ein interdisziplinäres Forscherteam des Imperial College London mit Hilfe der digitalen Zwillingstechnologie Herzmodelle für eine Gruppe chronisch kranker Patienten. Ziel ist es herauszufinden, ob es möglich ist, die Überwachungsprozesse und somit letztlich die Gesundheitsversorgung zu verbessern.

Im Rahmen des mit 8 Millionen Pfund dotierten CVD-Net-Projekts erstellt man exakte virtuelle Kopien der Herzen der Teilnehmer anhand von Krankenakten, Krankenhaus-Scans und Informationen von tragbaren und implantierten Überwachungsgeräten. Zudem erfolgt eine Aktualisierung der Daten in Echtzeit.

Es wird erwartet, dass die digitalen Herz-Zwillinge eine präzisere Überwachung des Krankheitsverlaufs sowie der Reaktionen auf Behandlungen ermöglichen. Darüber hinaus sollen sie personalisierte Prognosen bieten können.

Ein interdisziplinäres Team aus Ingenieuren, Ärzten und Computerstatistikern wird gemeinsam daran arbeiten, die notwendige digitale Infrastruktur zu entwickeln. Gleichzeitig arbeiten sie eng mit den Patienten zusammen, um die Benutzerfreundlichkeit und Genauigkeit der Lösung zu evaluieren.

„Wir wollen die Technologie des digitalen Zwillings nutzen, um den Zustand der Patienten, die Wahrscheinlichkeit, dass sie ein Gesundheitsproblem entwickeln, und die Wirksamkeit von Medikamenten besser vorherzusagen. Dadurch hoffen wir, aufnahme- und reaktionsfähiger zu werden und so die Patienten zu beruhigen“, erklärt Steven Niederer, Inhaber des Lehrstuhls für Biomedizintechnik am National Heart and Lung Institute am Imperial College London und Co-Direktor von Digital Twins am Alan Turing Institute.

Die Forscher glauben, dass sie die ersten sind, die den Einsatz der digitalen Zwillingstechnologie im britischen Gesundheitssystem (NHS) mit einer echten Patientengruppe und in einem angemessenen Umfang erforschen und testen.

Alle an der Studie teilnehmenden Patienten leiden an pulmonaler arterieller Hypertonie: eine potenziell tödliche Herz-Kreislauf-Erkrankung, die zu schwerer Kurzatmigkeit, Herzversagen und wiederholten Krankenhausaufenthalten führt.

In Frankreich

Das 2017 gegründete französische Start-up PrediSurge hat sich auf den Einsatz digitaler Zwillingstechnologien für Eingriffe wie die Behandlung von Gefäß- und strukturellen Herzerkrankungen spezialisiert.

Traditionell basieren kardiovaskuläre Operationen auf CT-Scan-Bildern. Mit der PlanOpTM-Plattform von PrediSurge ist es möglich, Bilder aus der präoperativen Phase zu nutzen, um patientenspezifische numerische Modelle zu erstellen, die das biomechanische Verhalten von Arterien und Klappen simulieren.

Diese digitalen Zwillinge geben den Ärzten bessere Instrumente für die Planung und Optimierung von chirurgischen Eingriffen an die Hand. Gleichzeitig ermöglichen sie es ihnen, bestimmte Ansätze in einer virtuellen Umgebung zu testen. Dadurch lässt sich die Wirksamkeit der Eingriffe verbessern und das Risiko von Komplikationen verringern.

Für den ganzen Körper

In Indien hat Twin Health den Whole Body Digital Twin Service entwickelt, um chronische Stoffwechselkrankheiten umzukehren, zu lindern oder gar zu verhindern. Zu einem gestörten Stoffwechsel kommt es, wenn Faktoren wie Ernährung, Schlafverhalten, körperliche Verfassung und Stress lebenswichtige chemische Prozesse im Körper verändern. Dies führt zu negativen Auswirkungen auf den Organismus, was wiederum in chronischen Stoffwechselkrankheiten und Organschäden resultieren kann.

Whole Body Digital Twin erzeugt einen digitalen Zwilling jedes Individuums, also ein dynamisches Stoffwechselmodell, das aus Tausenden von Datenpunkten entwickelt wird, die täglich über tragbare Sensoren, klinische Laborparameter und selbstberichtete Präferenzen gesammelt werden. KI-basierte Ressourcen unterstützen jeden digitalen Zwilling zusätzlich.

„Ein wesentlicher Bestandteil unserer Technologie sind die personalisierten, datengesteuerten Empfehlungen und Erinnerungen, die von der App geliefert werden. Dieser proaktive Ansatz fördert das tägliche Engagement der Patienten und die Einhaltung der vorgeschlagenen Behandlungspläne“, sagt Paramesh Shamanna, medizinischer Direktor von Twin Health, in einem Interview mit der Freethink-Website.

Eine von Twin Health im September 2023 veröffentlichte randomisierte klinische Studie, die mit digitalen Zwillingen von 232 Diabetes-Patienten durchgeführt wurde, kam zu dem Ergebnis: Am Ende eines Behandlungsjahres konnten rund 73 % der Patienten, die die Twin-Health-Technologie nutzten, normalisierte Blutwerte erreichen.

Der Markt auf dem Vormarsch

Der weltweite Markt für digitale Zwillinge im Gesundheitswesen überstieg im Jahr 2023 die Marke von 1,6 Milliarden US-Dollar und soll bis 2032 38,4 Milliarden US-Dollar erreichen, so eine von Towards Healthcare veröffentlichte Studie.

Insbesondere bei kardiovaskulären Behandlungen gewinnen digitale Zwillinge zunehmend an Bedeutung, um genauere Diagnosen bei einer großen Zahl von Patienten zu ermöglichen. Einem Bericht der World Heart Federation zufolge sind weltweit mehr als 500 Millionen Menschen von Herz-Kreislauf-Erkrankungen betroffen, die im Jahr 2021 zu insgesamt 20,5 Millionen Todesfällen führten.