HCM: Über den Tellerrand – Beitragsserien des KKC

» Artikel veröffentlicht am 06.12.23, von

Hier lesen Sie die KKC-Beiträge zu aktuellen Themen, die von Manfred Kindler in der Fachzeitschrift Health&Care Management veröffentlicht werden.

 

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Im Rahmen des KKC-Mottos „Über den Tellerrand schauen“ und als interdisziplinären Brückenbauer zwischen Wissenschaft, Technik und Medizin hat der Sachverständige Manfred Kindler im September 2016 im Gesundheitsmagazin Health & Care Management (HCM) eine  Beitragsserie zu interessanten Forschungen und Innovationen im Gesundheitswesen gestartet.

Folge 63   Bauen wir jetzt den Menschen nach Maß?

Der Zoologe Ernst Haeckel bereitete 1904 mit seinem Buch „Die Lebenswunder“ für die Nationalsozialisten den Weg zur Rassenhygiene und Eugenik. Er wollte durch Elimination der Schwachen die Gesellschaft genetisch verbessern und ruinierte dadurch bis heute den Ruf des Fachgebietes der Eugenik.

1972 begann fast unbemerkt von der Öffentlichkeit das Zeitalter der Gentechnik, als ein Team der Stanford-Universität erstmals drei Gene aus einem Bakterium in einen Virus einschleuste. In den Jahren danach folgten gentechnisch veränderte Bakterien und Mäuse. Alarmiert durch die Fortschritte versammelten sich 140 Frauen und Männer 1975 zu einem Symposium in Asilomar und beschlossen aus Angst vor einer Freisetzung eine rote Linie: „Bringe keine toxischen Gene in E.Coli. Bringe keine Medikamenten-Resistenz-Gene in E.Coli. Und bringe keine Krebsgene in E.Coli.“

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Folge 62 Smarte Medizintechnik in Deutschland: Quo vadis – Chancen vs. Herausforderungen“

Die Digitalisierung in der Medizintechnik hat das Gesundheitswesen stark verändert. Anwendungen in der Bild- und Signalanalyse, Robotik, Labor- und Telemedizin ermöglichen ungeahnte Fortschritte in Diagnostik und Therapie, aber auch im Klinikmanagement. Die Branche hat allerdings bei der Produktzulassung mit großen Herausforderungen zu kämpfen.

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Folge 61  Empathische Maschinen

Die Sehnsucht nach Robotern reicht schon 2400 Jahre zurück. Zeus stationierte seiner Geliebten Europa auf Kreta einen ehernen Riesen als Wächter. Lebendig wurde er durch einen Kanal aus flüssigem Metall, der vom Kopf bis zur Ferse verlief. Seine Aufgabe bestand darin, dreimal täglich die Insel zu umkreisen und auf alle sich nähernden Schiffe der Feinde Steine zu werfen. Die von ihm bedrohten Argonauten retteten sich, indem ihre Zauberin Medea den Verschlussbolzen des Kanals am Fuß herauszog und so dem Roboter „den Saft abdrehte“.

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Folge 60: Maschinen lernen sprechen und schreiben wie ein Mensch

Schon im Jahre 1899 erschienenen Weltbestseller „Der Zauberer von Oz“ hat der sprechende Roboter einen Wunsch: „Weil mein Körper aus Blech besteht, habe ich kein Herz … Ich wollte dich bitten, mir ein Herz zu geben, damit ich wie die anderen Menschen bin.“ Was KI heute schon alles kann.

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Folge 59: Kommt der Pflegeroboter bald als Gefährte?

Die Babyboomer-Generation ist auf dem Weg in die Rente. Was erwartet sie in den nächsten Jahren im Pflegebereich? Nach derzeitigem Stand werden die Mittel des deutschen Gesundheitssystems in einigen Jahren nicht mehr ausreichen, um alle Ansprüche zu decken. Ein Blick in die Zukunft

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Folge 58: Heilende Gärten

Der Paradiesgarten Eden, das Klassische Weltwunder der Hängenden Garten der Semiramis – schon als die Jäger und Sammler vor dem Neolithikum sesshaft wurden, waren Menschen von Gärten fasziniert. Karl der Große ordnete 812 die Anlage von Nutzgärten in allen Klöstern und Landgütern an. Ab dann erfreuten sich Lustgärten immer größerer Beliebtheit. Die medizinische Relevanz war schon im alten Ägypten bekannt

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Folge 57: Sci-Fi-Medicine: Hat die Zukunft begonnen?

Mitte September berichtete ein Wochenmagazin vom Aufbruch deutscher Biotech-Unternehmen in die Zukunft der Medizin. Das Forschungszentrum Bayer Research and Innovation Center (BRIC) in Cambridge bei Boston hat sich gleich neben Google etabliert, um dort das klassische Pharmageschäft durch „Sci-Fi-Medizin“ zu revolutionieren. Im Rennen um das Geschäft mit Krebstherapien stecken Konzerne wie Novartis, Roche, Bristol Myers Squibb und jetzt auch Bayer mit seiner Bostoner Start-up-Tochter Blue-Rock Milliardensummen in neuartige Zell- und Gentherapien

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Folge 56: Eine KI erobert die Proteinforschung

Seit Sommer 2021 stellt Google dem Europäischen Labor für Molekularbiologie (EMBL) in Heidelberg eine Datenbank kostenfrei zur Verfügung, die nun auch kommerziell genutzt werden darf: Die dreidimensionalen Strukturen von 200 Millionen Proteinen, und zwar die des Menschen und 20 weiterer Spezies (https://alphafold. ebi.ac.uk). Die Software Alphafold 2 mit dem veröffentlichten Quellcode löste in der Biotechnik Welt ein Erdbeben aus, denn die Eiweißmoleküle sind als komplexe Nanomaschinen praktisch an allen Funktionen des Lebens beteiligt.

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Folge 55: Geriatronik: Kollege Roboter in der Pflege?

Pflegekraft Vera Neumann ist in ihrer Senioren-WG von Pflegemaschinen in der Gestalt von KI-Robotern regelrecht umzingelt – nicht immer zum Vorteil. Die Kuschelrobbe wurde gerade von einem Kind angezündet und der starke Robbiman klemmte ihr kürzlich beim Umbetten einer Patientin die Finger ein. Der Putzroboter hatte ein Häufchen des Besucherhündchens auf dem ganzen Fußboden verschmiert und die Sturzsensoren verklebt. Nur gut, dass ihre Sorgenkinder von der Media-KI Cornelia über die VR-Brillen mit spannender Unterhaltung ruhiggestellt werden. Um die Verpflegung kümmern sich Küchen- und Servierroboter. Ihr Psycho-KI Doc Gottfried motiviert sie wieder mit aufmunternden Tschaka-Tschaka-Appellen. Raffinierte Algorithmen und unzählige digitale Helfer begleiten sie an ihrem Arbeitsplatz und zuhause im Smart Home.

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Folge 54: Wie man sich bettet…

Der überwiegende Bereich eines menschlichen Alltagslebens wird zunehmend von digitalen Dienstleistungen infiltriert, sei es im Haus, im Auto oder im Arbeitsleben. Erstaunlich ist aber, dass ein Zeitraum, der 40 Prozent der gesamten Lebensdauer ausmacht, von digitalen Helfern bislang noch kaum berührt ist: der Schlaf in einem Bett. Menschen möchten schnell einschlafen, gut durchschlafen und morgens voller Tatendrang wieder aufwachen. Dieser Lebensabschnitt ist augenscheinlich noch nicht optimiert, da etwa 20 bis 30 Prozent aller Menschen in westlichen Industrieländern an Schlafstörungen leiden, welche die Leistungsfähigkeit und Lebensqualität stark einschränken. Hinzu kommt die hygienische Anforderung an das Medizinprodukt Krankenhausbett als Hauptaufenthaltsort des Patienten: rund 800.000 Menschen infizieren sich jedes Jahr mit Krankenhauskeimen. Die halbe Million Klinikbetten stellen somit einen kritischen Keimüberträger dar. Zur Verbesserung der Situation hat das Land Nordrhein-Westfalen im Rahmen des Leitmarktwettbewerbs das Forschungsprojekt „Bettenmanagement 4.0“ ins Leben gerufen, um einen digitalen Lebenslauf des Bettes von der Beschaffung bis zur Entsorgung mittels IT-Lösungen wie Machine Learning aufzubauen.

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Folge 53: Wie Pandemieverläufe modelliert werden

Modellierungen wollen mit mathematischen Modellen eine möglichst präzise Vorhersage von Geschehnissen erreiche, indem die mithilfe von Zeitreihen und strategischen Kennzahlen den weiteren Verlauf von Abläufen prognostizieren. Schon zu Beginn früherer Pandemien haben mathematische Modelle des Infektionsgeschehens eine enorme Wirkung entfaltet. Dies beruht nicht zuletzt darauf, dass Modelieren schon seit Jahrzehnten recht erfolgreich ist, z.B. beim Wetterbericht mit einer mittleren Treffsicherheit von 70 Prozent. Im Prinzip arbeitet eine Modellierung mit einer Rückkopplungsschleife. Ein Realmodell wird in ein mathematisches Model überführt, …

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Folge 52: KI in der Pandemiebekämpfung

Zu Beginn der Corona-Pandemie setzen in Europa viele Fachleute zur Bekämpfung des Virus die Hoffnung auf die Anwendung von KI-Systemen. Deren Algorithmen und neuronale Netze konnten mit viermonatigem Vorsprung mit den Daten aus China trainiert werden, um eine schnellere Diagnose zu ermöglichen oder zumindest Patientinnen und Patienten für die Triage korrekt auswählen. Doch Ende 2021 kamen zwei Studien zu einem vernichtenden Ergebnis: Keines der untersuchten 232- bzw. 415-KI-Prognosetools war für einen klinischen Einsatz geeignet. Vielmehr konstatierte die Bewertung falsche Annahmen und ungeeignete Daten in den Trainings- Testphasen der Systeme,…

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Folge 51: Warum bleiben Menschen trotz Risiken gesund?

Unser pathogenetisch orientiertes Gesundheitssystem ist eigentlich ein Krankheitssystem. Die klassische Medizin konzentriert sich in erster Linie auf die Entdeckung und Behandlung von Krankheiten und Behinderungen. Sie tut sich aber schwer mit der Beantwortung der Fragen, weshalb starke Raucher wi Winston Churchill und Helmut Schmidt ihre Lungenschädigung sehr lange überlebten. Warum fallen Nebenwirkungen von Covid-19-Impfungen so unterschiedlich stark aus? Was beeinflusst positiv die Überlebensrate von invasiven Beatmungen? Kurzum: Wieso überstehen manche Menschen hochtraumatische Erlebnisse besser als andere, ohne krank zu werden?

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Folge 50: Die Ära der Quantencomputer kommt

 Im Juni 2021 wurde im Deutschlandsitz von IBM Europa der erste Quantencomputer für die indu­strielle Nutzung eingeweiht. Über das Fraunhofer-Kompetenznetzwerk Quantencomputing kann das mit 27 Qubits derzeit leistungsstärkste System in Europa von interessierten Unternehmen für 11.621 Euro im Monat genutzt werden. Europa ist mit der Nutzung des Quantencomputing sehr spät dran. Quantencomputer könnten in den nächsten fünf Jahren das Vertrauen in Blockchain-Sicher­heitssysteme zerstören, wenn Cyberkriminelle alle Anwendungen herkömmlicher Kryptografie knacken können. Bis zum flächendeckenden Einsatz der Quantencomputer für praktische Anwen­dungen müssen allerdings noch viele Hardwarekomponenten wie QRAMS und Systeme zur Fehlerkorrektur entwickelt werden.

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Folge 49: Directed Evolution: Das Leben wird digital

Im Sommer 2017 veröffentlichte der Informatiker Tadayoshi Kohno eine Methode, wie man mit einer in einem DNA-Strang versteckten Schadsoft- ware den Computer hacken kann, der gerade das Erbgut analysiert. Die Gensequenzen der manipulierten DNA verwandelten sich durch eine Sicherheitslücke des eingesetzten Analyseprogramms im Rechner in einen Trojaner. Eine eindrucksvolle Demonstration der Kommunikation zwischen einer biologischen und einer elektronischen Codierung.

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Folge 48: Xenobots 2.0 – die lebenden Mikroroboter

Mit der Schaffung von sogenannten Xenobots gelang den Forschern der Synthetischen Biologie ein erstes Beispiel für eine künstliche Lebensform mit den speziellen Eigenschaften eines Roboters. Die kugelförmigen, rund einen Millimeter großen Mikroroboter bestehen aus lebenden Zellen und können schwimmen, kleine Lasten transportieren, in Gruppen zusammenarbeiten und sich selbst heilen.

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Folge 47: Der Computerchip im Gehirn

Die kabellose Neuralink-Technologie, die vielversprechende Anwendungen bei neurologischen Störungen ankündigt, stellt nach den ersten Anfängen der Brain Computer Interfaces (BCI) in den 1970er Jahren einen großen Entwicklungssprung dar, verglichen mit dem bisherigen Industriestandard Utah-Array mit 100 Elektroden, die im Hirngewebe Daten per Kabel an einem Empfänger auf dem Kopf senden.

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Folge 46: Neuromorphing – Neuartige Computer aus Neuronen

Seit über 50 Jahren versuchen Computerentwickler die unvorstellbaren Leistungen des menschlichen Gehirns durch eine Kombination von Computerchips mit Nervenzellen zu simulieren. Allerdings verhinderte der grundlegende Daten-Flaschenhals in der Verbindung von Prozessor zu seinen Arbeitsspeichern eine mit den Neuronen vergleichbare Leistung. Man behalf sich mit der softwaremäßigen Nachbildung von neuronalen Netzen. Nun folgt die Nachfolgegeneration des Transistors. Mit Hochdruck entwickeln das US-Militär, IBM, Intel und viele Startups sogenannte neuromorphe Schaltkreise, insbesondere für Anwendungen der Künstlichen Intelligenz. Diese Neuristoren arbeiten hardwaremäßig wie neuronale Netze von Lebewesen. Intel koppelte kürzlich 768 Loihi-Chips zu einer Schaltung mit 100 Millionen Neuronen mit 100 Milliarden Synapsen zusammen.

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Folge 45: Quantum Dots – Nanopunkte mit leuchtender Zukunft

Quantenpunkte sind kristalline Nanopartikel mit neuartigen optischen und elektrischen Eigenschaften, die technologisch bereits in vielen Bereichen genutzt werden. Die Nanobiotechnologie als neuer Forschungszweig hat nun auch vielversprechende Anwendungen in der medizinischen Diagnostik und Therapie entwickelt. Für die Dokumentation der Impfgeschichte in Entwicklungsländern wurde mit Quantenpunkten ein unsichtbarer Impfpass entwickelt, der zusammen mit der Impfung in die Haut injiziert und mit eine App einfach ausgelesen werden kann.

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Folge 44: Reaktanzeffekt – Maskenverweigerer im Widerstand  

Die massenhafte Verweigerungshaltung bei Gesundheitskampagnen ist auf einen altbekannten Effekt zurückzuführen: das Reaktanzverhalten von bestimmten Menschengruppen gegen obrigkeitsstaatliche Vorschriften. Es spielte eine starke Rolle bei der Einführung von Sicherheitsgurten und beim Nichtraucherschutz. Die Stärkung der Maskenverweigerer bei der Corona-Pandemie ist vorrangig auf gravierende Mängel bei der Risiko- und Krisenkommunikation zurückzuführen.

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Folge 43: Proteinfaltung – Entschlüsselung durch die Google-KI DeepMind  

Die Google-KI DeepMind versucht mit einem neuen Ansatz das alte Problem der Proteinfaltung zu lösen. Mit einem sensationellen Ergebnis schlug Google 75 konkurrierende Forschungsgruppen in einem Wettbewerb. Das Verständnis der dreidimensionalen Proteinstruktur hilft entscheidend bei der Diagnose und Therapie von den meisten Krankheiten wie Krebs, Demenz, Diabetes und Covid-19. DeepMind übertraf damit das weltweit schnellste Computersystem Folding@home.

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Folge 42: Krisenmanagement – Risikobasiertes Denken in der Corona-Krise

Das Konzept des risikobasierten Denkens wird in der Zertifizierungsnorm DIN EN 15224 für ein ISO 9001-Qualitätsmanagementsystem im Gesundheitswesen beschrieben. Die Anwendung erlaubt eine höhere Flexibilität und verbessert klinische Prozesse, deren Dokumentation und Verantwortlichkeiten der Organisation. Der aktuelle Lagebericht des BSI zur IT-Sicherheit enthält alarmierende Zahlen über IT-Risiken. Bei der Erkennung und Analyse von Risiken sowie der Planung und Umsetzung geeigneter Maßnahmen ist eine umfassende und zeitnahe Kommunikation mit allen Beteiligten und Betroffenen erfolgsentscheidend. Beim bisherigen Krisenmanagement wurden etliche dieser Grundregeln nicht beachtet. Fehlende Kommunikation und Einbindung führte zu massiver Gegenwehr in Teilen der Bevölkerung. Die beste Umsetzung in der Krisenkommunikation gelang Christian Drosten mit dem NDR-Podcast „Corona Virus Update“, der mit über 70 Folgen von 60 Ländern übernommen wurde.

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Folge 41: COVID-19 Medikamente – Anti-Corona-Waffen 

Der amerikanische Präsident Donald Trump wurde nach seiner COVID-19 Infektion mit einem Cocktail neuentwickelter Medikamente behandelt, nachdem die Notfallzulassung seines angeblichen Wundermittels Hydroxychloroquin von der FDA wegen fehlender Wirksamkeit widerrufen wurde. Hunderte Pharmaunternehmen forschen intensiv an COVID-19 Medikamenten. Allerdings bemängelt eine Metastudie von 3754 abgeschlossenen klinischen Studien mangelnde Transparenz. Über 68,4 Prozent der Ergebnisse konnten keine Bewertung in der akademischen Literatur nachweisen. Europa startete mir dem 5-Jahres-Projekt CARE die größte Initiative zur Entwicklung von Anti-Corona-Medikamenten. Vier Konzepte stehen dabei im Fokus: mRNA-Medikamente, dämpfende Immunmodulatoren, verbesserte Medikamente für Lungenkranke und eingeführte Herz-Kreislauf Medikamente. Große Hoffnung setzt die WHO auf das Kortison-Präparat Dexamethason. Durch eine sich selbst verstärkende Rückkopplung kann allerdings eine Überreaktion des Immunsystems entstehen. Alphablocker wie Prazosin sollen den Zytokinsturm mildern

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Folge 40: RNA-Impfstoffe – Wenn der Mensch den Impfstoff selbst produziert

Mit Hochdruck wird weltweit in 184 Projekten an der Entwicklung eines Impfstoffes gegen den COVID-19 Erreger geforscht. Mehrere Unternehmen setzen dabei auf eine genbasierte Technologie – die RNA-Impfstoffe. Diese bestehen nicht aus Viruspartikeln, sondern enthalten nur eine spezifische Erbinformation des Virus, eben die messenger-Ribonukleinsäure, auch als Boten-RNA bezeichnet. In Nanopartikeln versteckt wird sie direkt in einige Körperzellen eingeschleust. Die Zellen beginnen anhand des RNA-Bauplans mit der Produktion des Kopplungsteils der Virusoberfläche. Das körpereigene Immunsystem reagiert auf die dabei gebildeten Proteine mit der Entwicklung spezifischer Abwehrstoffe und integriert diese in das Immungedächtnis. Bei einem späteren Kontakt mit dem SARS-CoV-2 Erreger kann das Immunsystem die Virenstruktur gezielt abwehren. Derzeit entwickelt die Pharmaindustrie DNA-Impfstoffe gegen etwa zwanzig Krankheiten wie Influenza, Aids, Hepatitis B und C, Tollwut, Leukämie und Zervixkarzinome.

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Folge 39: Epigenetik – Wurde die German Angst vererbt?

Vor 20 Jahren wurde erstmalig das menschliche Genom entziffert. Damals prophezeite man die Heilung aller Krankheiten. Doch die Ernüchterung folgte schnell, bis ein der DNA übergeordneter Code entdeckt wurde – die epigenetische Regulation. Sie lässt die Informationen in der DNA-Sequenz unverändert, sorgt aber durch besondere Enzyme dafür, dass diese je nach den äußeren Umständen stärker oder schlechter abgelesen werden kann. Manche epigenetischen Markierungen ändern sich im Tag-Nacht-Rhythmus, andere bleiben dauerhaft bestehen und viele werden an die Nachkommen vererbt. Es gibt Anzeichen dafür, dass die Kriegsmüdigkeit, auch German Angst genannt, durch erlittene Traumata des zweiten Weltkrieges bis in die dritte Generation vererbt werden kann. Die Epigenetikforschung eröffnet neue Ansätze für die Diagnose und Therapie von Morbus Alzheimer.

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 Folge 38: Phagentherapie – Bakterienfresser

Schon 1919 wendete ein Pariser Mediziner erfolgreich einen Heiltrunk mit bakterienfressenden Viren, sogenannten Bakteriophagen an. In den Folgejahren gelang der Phagentherapie trotz einiger Mißerfolge und unseriösen Geschäftemachern ein weltweiter Siegeszug, der spätestens 1944 durch das Wundermittel Penicillin beendet wurde. Heutzutage sucht die Medizin aufgrund der zunehmenden Antibiotikaresistenzen nach Alternativen und landete wieder bei der Phagentherapie, die übrigens schon seit den 1960er Jahren routinemäßig in der Pflanzen- und Tierzucht eingesetzt wird. Bis 2010 erschienen 30.000 Publikationen über Phagen und die Ergebnisse aktueller Forschungen eröffnen ein spannendes Feld bei der Behandlung von Infektionen in der postantibiotischen Ära.

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10-Jahre-

Health&Care-Management

ein-Rückblick-und-Ausblick

Folge 37: Quantencomputer in der Medizin – Mit Quanten rechnen

Die ungeheure Datenflut in der Gesundheitswirtschaft kann von klassischen Computern bald nicht mehr bewältigt werden. Eine Steigerung der Chipdichte ist kaum mehr möglich. Die Entwickler von IBM, Intel, Microsoft, Google und NSA arbeiten mit Hochdruck an Quantencomputern, die künftig durch eine völlig andere Technologie auf atomarer Ebene unglaubliche Fortschritte in Medizin und Technik versprechen. Die sogenannte Quantenüberlegenheit demonstrierte Google mit Sycamore, als dieser ein spezielles Mathematikproblem in 200 Sekunden anstatt in 10.000 Jahren Rechenzeit löste. In der Medizin werden Quantencomputer in der Pharmazeutik, Bildverarbeitung, Strahlentherapie und Kryptografie eingesetzt werden

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Folge 36: Base Editing – Das kleinste Skalpell

Zwei chinesische Zwillinge lösten eine weltweite Kontroverse über die Grenzen der Genmanipulation aus. Die beiden Mädchen waren wegen ihres HIV-positiven Vaters genchirurgisch gegen AIDS immunisiert worden. Wegen dieses tabuisierten Eingriffes in die menschliche Keimbahn wurde der Biophysiker He Jiankul hart bestraft. Derartige Methoden der Genchirurgie sind seit 2012 durch die Anwendung der Genschere CRISPR-Cas9 möglich. Hierbei wird der DNA-Strang komplett durchschnitten. Bei der Reparatur des Bruches wird entweder ein Gen gezielt zerstört, ein neues Gen eingeführt oder eine Genmutation punktuell korrigiert. Mit der neuen Technik des Base Editing schneidet man den DNA-Strang wie mit einem Skalpell nur an einer Stelle auf und kann dort wesentlich präziser und sicherer krankhafte Mutationen reparieren.

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Folge 35:  Metagenomik – Das Genlabor in der Hosentasche

Craig Venter, der Gewinner des Human Genome Projects, untersuchte 2004 vor der Küste Floridas den mikrobiellen DNA-Rückstand von mehreren 100 l Meerwasser. Er fand 1,2 Millionen Gene, darunter 70.000 komplett neue und 148 unbekannte Bakterienstämme. Damit schuf er die neue Disziplin der Metagenomik, welche die Analyse einer spezifischen Genpopulation in einer Region oder auch bei einem Krankheitsbild ermöglicht. Die dritte Generation von Sequenzierern erlaubt heute mittels Nanoporen die Erkennung von Erregern bei Infektionskrankheiten innerhalb von sechs Stunden.

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Folge 34:  Optogenetik – Heilendes Licht

Die Entdeckung von lichtempfindlichen Proteinen in Einzellern führte zu einer Revolution in der biologischen Forschung, der Neurowissenschaft und der Gentherapie – die Optogenetik war geboren. Mit diesen Proteinen können einzelne neuronale Netze gezielt erregt oder stillgelegt werden. Mit Hochdruck werden daher medizinische Anwendungen zur Behandlung von Krankheiten wie Epilepsie, Narkolepsie, Parkinson, zur Schmerzbekämpfung und zur Behandlung von blinden und tauben Menschen entwickelt. Weltweit arbeiten über 1000 Labore an optogenetischen Methoden. Das BMBF fördert die Optogenetik im Rahmen der Nationalen Bioökonomie Strategie mit 78 Mill. Euro bis 2030.

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Folge 33: Quantum Biology – Gequanteltes Leben

Vor kurzem verkündete Google, dass es mit erstmalig die Quantenüberlegenheit demonstrieren konnte. Der Quantencomputer Sycamore löste mit 53 Qubits eine Rechenaufgabe in 200 Sekunden, für die der weltbeste Supercomputer über 10.000 Jahre benötigt hätte. Das Problem war dabei, die Quantenchips gegen äußere Einflüsse maximal abzuschirmen. Die Quantenmechanik begegnet uns überall in der heutigen Technologie: Halbleiterchips, Laser, Smartphones, MRT-Scanner, GPS-Navigation und Elektronenmikroskope könnten ohne sie nicht funktionieren, sogar die Sonne nutzt für die Kernfusion den Tunneleffekt. Überraschenderweise fanden Forscher nun auch Quanteneffekte in lebenden Zellen und gründeten somit die Quantenbiologie. Die Energiegewinnung über Mitochondrien in den Zellen, der Geruchssinn, der Abbau von Alkohol, der Kompass von Zugvögeln – alles nutzt den Wellen-Teilchen-Dualismus mit den Erscheinungen Tunneleffekt, Superposition oder Quantenverschränkung. Stirbt möglicherweise ein Organismus, wenn die Quanteneffekte zusammenbrechen?

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Folge 32: Explainable AI – Wenn sich die KI selbst erklären muss

Wissenschaftler der Mayo Clinic in Florida haben ein KI-System entwickelt, das innerhalb von zehn Sekunden etwaige Herzrhythmusstörungen mit wiederkehrendem Vorhofflimmern selbst dann erkennen kann, wenn die EKG-Signale während der Aufnahme für den Arzt noch unauffällig sind. Wie der Algorithmus seine Erkenntnis gewinnt, können die Medizinforscher aber selbst nicht sagen. Diese Unklarheit stellt aber Entwickler, Ärzte und auch Patienten vor drei Probleme. Zunächst muss der Entwickler seine eigene Voreingenommenheit während der Lernphase möglichst ausschalten. Für den Arzt muss der Weg von den Patientendaten zu den KI-Diagnosen nachvollziehbar sein. Ansonsten könnte diese Unkenntnis das Vertrauen des Patienten zum Arzt beschädigen, wenn er blind einem Urteil des Computers vertrauen soll. Intransparenten KI-Blackboxen schaffen zudem Konflikte mit der DSGVO. Ein neues Forschungsgebiet namens Responsible AI befasst sich mit den ethischen Frage­stellungen der KI. Deren Komponente Explainable AI soll nachvollziehbare Erklärungen für die KI-Schluss­folgerungen liefern.

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Folge 31: RNA-Therapien – Künstliche RNA steuert die Genproduktion

An der Stanford University wird eine künstliche Intelligenz für das Design von neuartigen Molekülen entwickelt, die von Top-Spielern des Puzzle-Games eterna angelernt wird. Darauf aufbauend wurde mittlerweile das neuronale Netzwerk EternaBrain geschaffen, welches nun RNA-basierte Therapien entwickeln soll. Dazu wird ein bereits 1998 bekannter Zellmechanismus genutzt, welcher durch spezielle RNA-Schnipsel krankmachende Gene gezielt abschalten soll. Nach mehreren Rückschlägen kam 2018 der kommerzielle Durchbruch, als die amerikanische Zulassungsbehörde FDA erstmalig dem RNA-Medikament Patisiran den Status einer „Breakthrough Therapy“ verliehen hat. Mittlerweile werden über 100 RNA-basierte Wirkstoffe gegen Morbus Huntington, Alzheimer, Asthma, Diabetes, Ebola, Hepatitis, akute Nierenschäden, Hämophilie und Tumoren klinisch erprobt. Dabei ist die große Herausforderung zu meistern, die RNA-Moleküle unbeschadet in die Zellen des Körpers hineinzubringen, beispielsweise durch eine Verpackung in Fettbläschen, Nanopartikeln oder genetisch modifizierte Viren. RNA-Therapeutika zählen heutzutage zu den vielversprechendsten Forschungszweigen.

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Folge 30: Digital Twin – ein virtueller Besuch beim Arzt

Die Rettung der Apollo-13 Besatzung war 1970 nur mithilfe eines analogen Zwillings der Raumkapsel möglich. Seitdem hat sich das Konzept der virtuellen Repräsentanz durch realitätsnähe Modelle in der Industrie zur Optimierung von Produkten und Prozessen durchgesetzt. Auch im Gesundheitswesen finden digitale Modellierungen zunehmend Anwendungen. Philips bildet für die vorbeugende Instandhaltung ihrer 15.000 MRT-, CT- und Röntgensystemen die Telemetriedaten in digitalen Zwillingen ab. Siemens stellte einen digitalen Herzzwilling zusammen und verfolgte damit über sechs Jahre den Therapieverlauf von 100 Patienten. Hewlett Packard arbeitet im Blue Brain Project an einer Simulation eines Säugetierhirns. IBM, Microsoft, General Electric, die MIT und andere Institutionen forschen mit Hochdruck am virtuellen Menschen. eHealth-Apps, Wearables und Insideables liefern den KI-Systemen eine Unmenge an Material für Big Data und Deep Learning

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Folge 29: Risikomanagement – Der Faktor Mensch

Die großen Katastrophen und Skandale der letzten Zeit wie die Verluste von zwei Space- Shuttles, die Abstürze zweier Boeing 737 Max und die Abgasmanipulationen deutscher Autohersteller haben eins gemeinsam: sie wurden durch verantwortliche Manager aufgrund von politischem oder kommerziellem Druck ausgelöst, obwohl von den Ingenieuren im Vorfeld deutliche Warnungen ausgesprochen wurden. Auslöser sind auch in der oft extrem verzerrten Risikowahrnehmung des Menschen zu suchen. In Deutschland sterben täglich ca. 2.500 Bewohner: 3,5 durch Drogen, 9 durch Verkehrsunfälle, 203 durch Alkohol und 301 durch das Rauchen. Täglich erkranken 1.643 Patienten durch nomokosiale Infektionen und 41 sterben daran. Oft treten bei den Entscheidungsträgern in der Risikoabwägung persönliche gegenüber gesellschaftlichen Interessenkonflikte auf. Die neuen Qualitätsnormen nehmen daher die oberste Leitung ausdrücklich in die Pflicht und zwingen die Topmanager in die volle Verantwortung für ihr Handeln.

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Folge 28:  Theranostik – Trojanisches Pferd gegen Krebs

Die klassische Trial-and-Error-Medicine wird zunehmend durch die personalisierte Medizin abgelöst, die sich durch Einbindung von Theranostik (Therapie und Diagnose in einem einzigen Arbeitsgang) und der Molekularen Nuklearmedizin zur Personalized Health Care weiterentwickelt. Mittels bildgebender Verfahren wie PET und SPECT können die Nuklearmediziner Tumorzellen mit radioaktiv markierten Peptiden darstellen, die durch direkt angekoppelte Radionuklide von innen heraus zerstrahlt werden. Die Überwindung der Blut-Hirn-Schranke durch Nanopartikel als trojanisches Pferd ermöglicht künftig den Transport der Wirkstoffe direkt in den Hirntumor. Zwölf Fraunhofer-Institute entwickeln in einem Leitprojekt theranostische Implantate: aktive Prothesen und implantierte Sensoren, die selbständig vor Ort therapeutische Maßnahmen einleiten.

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Folge 27:  Organ on a chip – Das Leben simulieren

Die Lab-on-a-chip Technologie hat sich in den letzten Jahren durch die technologischen Innovationen im 3D-Druck und Lasergravieren enorm weiterentwickelt und wird im boomenden Markt der patientennahen Sofortdiagnostik (Point-of-Care-Testing) stark nachgefragt. Neben Schwangerschaften, HIV, HPV, Hepatitis, Ebola oder MSRA lassen sich auch Lebensmittel und Chemikalien mit den Mikro-Laboratorien schnell und preiswert analysieren. Die Labormedizin hat mittels der Erfolge in der Züchtung von Zellen und Geweben einen weiteren Meilenstein erreicht. Menschliche Organfunktionen können nun auf einem Mikrofluidchip in ihren Wirkungen auf Medikamente und toxische Substanzen studiert werden. Lebende Zellkulturen von Nieren, Lunge, Herz, Leber, Darm, Haut, Nerven, Arterien, Plazenta und Zunge stehen bereits für die In-vitro-Diagnostik zur Verfügung. Das Ziel am Horizont stellt der Multiorgan-Chip dar, der in der personalisierten Medizin als individueller Patient-on-a-chip neuartige Arzneimittel testen soll.

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Folge 26:  Genetic Engineering – Im Kampf gegen das Altern

Der frühe Tod von Steve Jobs weckte die Topmanager im Silicon Valley auf. Da kam das Angebot der Biotechnologiefirma 23andMe gerade passend: eine DNA-Analyse auf 200 genetische Krankheiten, die anschließend für die neue P4-Medizin (personalisierte, prädiktive, präventive und partizipative Medizin) genutzt werden konnte. Drohende Krankheiten sollen schon im Vorfeld erkannt und Gendefekte durch Genetic Engineering und Senolytic Drugs beseitigt werden. Dies soll den Kunden eine Lebenszeit von 120 Jahren in körperlicher und geistiger Frische ermöglichen. Mittels Deep Learning konnte eine KI-Anwendung schon den Todeszeitpunkt von Krankenhauspatienten anhand ihrer Gesundheitsakten mit 99-prozentiger Wahrscheinlichkeit vorhersagen. Auch in Deutschland forscht das Berliner Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie an vorderster Front der Wissenschaft

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Folge 25: Digitale Pille – Big Brother sendet aus dem Magen

Bereits im November 2017 erteilte die FDA erstmalig die Zulassung einer digitalen Pille. Abilify MyCite enthält neben dem Pharmawirkstoff einen Sensor, eine Batterie und einen Bluetooth-Sender, der Datum und Uhrzeit der Ankunft im Magen an eine Smartphone-App weiterleitet. Hintergrund dieser bereits in vielen amerikanischen Kliniken eingeführten Anwendung ist die Beobachtung, dass viele Patienten ihre Medikamente nicht rechtzeitig oder garnicht einnehmen. Ein Drittel der verordneten Pillen landet in der Toilette oder im Müll. So kann man in Seen und Flüssen mittlerweile 150 Wirkstoffe wie Schmerzstoffe, Antibiotika und Hormone nachweisen.
Viele Ärzte melden aber ethische Bedenken an und bezeichnen die digitale Pille als Biomedical Big Brother, der bei psychisch labilen Menschen bestehende Paranoia verschlimmern oder neue Ängste erzeugen kann. Die Datensammlung in der Cloud kann zudem mißbräuchlich verwertet werden.

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Jahrgang 2018

Dezember 2018

Folge 24:  Elektronische Gesundheitsakte: Wer verfügt über meine Gesundheitsdaten?

Minister Jens Spahn hat für Februar 2019 eine Zukunftswerkstatt angekündigt, auf der die Ergebnisse eines Ideenwettbewerbs für Anwendungen von Blockchain-Technologien präsentiert werden sollen. In anderen Ländern laufen schon längst zahlreiche Pilotprojekte für die Anwendung von Blockchain im Gesundheitswesen. Diese Technologie kann eine sichere, verschlüsselte, dezentrale Speicherung der Gesundheitsdaten mit jederzeit verfügbarem Abruf bereitstellen. Die medizinischen Daten selbst werden aus Gründen der Vertraulichkeit und Effizienz in externen, separat gesicherten Datenbanken abgelegt und können dort auch geändert werden – jede Änderung ist jedoch für den Patienten auf der Blockchain nachvollziehbar.

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November 2018

Folge 23:  Immun-Checkpoint-Therapie: Nobelpreis für die Krebszellen-Bremser

Der diesjährige Nobelpreis für Medizin und Physiologie ging an zwei Immunologen: dem Japaner Tasuku Honjo von der Universität Kyoto und dem Amerikaner James P. Allison von der Universität in Houston. Die beiden Forscher hatten grundlegende Prinzipien eines Bremssystems von Krebszellen entdeckt. Sie haben damit zu den drei klassischen Säulen von Stahl, Strahl und Chemo eine neue Generation von hochwirksamen Krebstherapien eingeleitet. Nebenbei hatten die beiden Forscher ein 120 Jahre altes Rätsel der Krebsmedizin gelöst: Warum erkennt die Immunabwehr des Menschen wuchernde Krebszellen nicht als Krankheitserreger, wie beispielsweise die Viren?

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Oktober 2018

Folge 22:  Integrative Medizin – Selbstheilungskräfte und die Macht der Placebos

Als Ergänzung der Schulmedizin gibt es naturheilkundliche Therapien im Sinne eines ganzheitlichen Behandlungskonzeptes, der sogenannten integrativen Medizin. Dazu gehören medikamentöse (Heilpflanzen etc.) und nicht medikamentöse Anwendungen (Akupunktur etc.). Eine nicht zu unterschätzende Macht.

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September 2018

Folge 21:  Insideables – Menschen steuern

Wearables sind im Gesundheitsmarkt gut verbreitet. Der neueste Trend digitaler Helfer sind jedoch sogenannte Insideables. Es handelt sich um Mikrorechner und Mikroroboter, die im Körper dessen Funktionen überwachen und bei Bedarf sogar Stoffe im Körper ausschütten können.

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Juli/August 2018

Folge 20: Digitalmedizin in der Hosentasche – Darf ich vorstellen, mein Doktor iPhone!

Ende 2017 meldete Apple ein US-Patent an: Das iPhone als Gesundheitssensor für Körperdaten wie EKG, Sauerstoffsättigung und andere medizinische Messungen. Die Computerpower in Verbindung mit Apps, geeignetem Zubehör und KI-basierten Diagnostikleistungen stellt die klassische Arztrolle als persönlichen Ansprechpartner zukünftig in Frage.

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Juni 2018

Folge 19: Clinical Decision Support System – Kollege Cyber-Doc, was meinen Sie dazu?

Ärzte führen einen immer aussichtsloseren Kampf gegen die Wissensflut. Zudem stehen immer mehr Daten über einen Patienten zur Verfügung, die richtig ausgewertet werden müssen. Ein Drittel der ärztlich verursachten Fehler wird aufgrund von Zeitmangel bei der Beurteilung des Patienten verursacht. Heißt die Lösung Kollege Cyber-Doc?

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Mai 2018

Folge 18: Blockchain auf dem Vormarsch

Der Bitcoin-Hype der letzten Jahre hat der Öffentlichkeit etwas den Blick auf die eigentliche Grundlage verstellt, der Blockchain-Technologie. Sie benötigt keine zentrale Autorität wie eine Bank, einen Notar oder staatliche Kontrolleinrichtungen für die sichere und schnelle Verwaltung von Aktionen jeglicher Art. Im medizinischen Bereich sind Blockchain-Lösungen bereits in folgenden Gebieten in Vorbereitung: Management von elektronischen Patientenakten, Medikationsplanung und -management, ambulante und stationäre Abrechnung, Management der Logistik und von Lieferketten sowie die Steuerung von vernetzten Medizinprodukten. Allerdings müssen die Anwendungen derzeit noch mit der unreifen digitalen Infrastruktur im deutschen Gesundheitswesen zurechtkommen.

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April 2018

Folge 17: Quantenmedizin – Auf der Suche nach Harmonie

Wieder einmal ist die Bewerbungsfrist für die Nobelpreis-Kandidaten 2018 abgelaufen, ohne dass die bahnbrechenden Erfolge der Quantenmedizin gewürdigt werden. Der Nachweis der esoterischen Heilungsergebnisse würden die Bereiche der Physik, der Chemie und der Medizin revolutionieren, alle Lehrbücher müssten neu geschrieben werden. Leider konnten sie auch das Preisgeld von einer Million Dollar für den Beweis von paranormalen Phänomenen nicht abholen.
Dabei klingt ein Wirkprinzip der Quantenmedizin ziemlich simpel: Ein Messgerät erfasst in einem Ganzkörperscreening in drei Minuten über 9000 Frequenzinformationen alle gesundheitlichen Störfaktoren. Nun sucht der Heiler aus 800 Heilungsprogrammen eine perfekt auf den Patienten abgestimmte Therapie mit eliminierenden Frequenzen heraus und wendet sie über die gleichen Elektroden an. Bislang hat es aber noch kein Physiker geschafft, die feinstofflichen Energien und Informationsfelder der Bioresonanztherapie zu messen. Die Heilungserfolge sind allerdings nicht wegzudiskutieren, allerdings lassen sie sich wie bei der Homöopathie immer auf Placeboeffekte zurückführen, die durchaus starke Wirkungen hervorrufen können. Quantenmedizin – leider ein Aprilscherz der Wissenschaft!

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März 2018

Folge 16: Augmented Reality – Die Röntgenbrille im OP

Die Techniken der Virtual Reality (VR) sind aus den Videospielen schon länger bekannt. Interessant wird nun die Erweiterung in der Augmented Reality (AR), die Überlagerung von virtuellen Bildern auf das Sichtfeld der Realität. Eine schwedische Firma erlaubt per Iphone schon vorab den visuellen Eindruck eines Möbelstückes in der eigenen Wohnung. Autobauer, Kriminalpolizisten, Psychologen, Hebammen und Mediziner haben die „Vermischte Realität“ für Simulationen und 3D-Darstellungen entdeckt. Ultraschall-, Röntgen, CT- und MRT-Bilder lassen sich als digitale Informationsschicht auf die direkt sichtbare Körperoberfläche projizieren. Der Körper des Patienten wird quasi durchsichtig. Durch Verbindung von Op-Robotern mit Telemedizin, KI, Big Data und AR-Techniken zeichnet sich das Zeitalter der Chirurgie 4.0 ab.

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Januar/Februar 2018

Folge 15: Internet der Things – Big Brother kommt zu uns nach Hause

Das Internet der Dinge (IoT – Internet of Things) erlebt momentan einen explosionsartigen Aufschwung. Immer mehr Geräte im Haushalt werden mit externen Servern vernetzt, welche die übermittelten Daten häufig mit Systemen der künstlichen Intelligenz koppeln. Die oft nur mangelhaft geschützten Schnittstellen können von Kriminellen leicht für elektronische Einbrüche in das Gebäude genutzt werden. So musste kürzlich ein amerikanisches Spielcasino einen Hacker abwehren, der sich über die Steuerung des Aquariums Zutritt verschafft hatte. Im November 2016 legte ein 29-jähriger Brite den Zugang von 1,2 Millionen Kunden der Telekom lahm, indem er 600.000 IoT-Geräte zu einem Angriff zusammenschaltete. Besonders in der Kinderbetreuung und im Gesundheitsbereich stehen den Datensammlern noch viele Tore für die mißbräuchliche Nutzung offen.

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Jahrgang 2017

Dezember 2017

Folge 14: Künstliche Intelligenz – Im Wettstreit mit dem KI-Doktor

Heutzutage ist es für einen praktizierenden Arzt nicht mehr möglich, mit der immensen Informationsflut an neuen Erkenntnissen und Innovationen in der Medizin Schritt zu halten. Allein zum Thema Digital Health standen 2017 über 90 nationale Kongresse auf dem Programm. Für ein KI-System wie IBM Watson ist diese Wissensflut kein Problem, schließlich kann er 200 Millionen Textseiten in drei Sekunden lesen. In Kombination von neuronalen Netzen mit Big Data Analysen, Mustererkennungen und maschinellem Lernen erobern KI-Computer immer mehr medizinische Anwendungen. Sie befunden CT- und MRT-Bilder, unterstützen Laborärzte und Chirurgen, verbessern die personalisierte Medizin und erlauben durch einfache Aufnahmen eines Kindergesichtes oder die Analyse von Augenbewegungen die minutenschnelle Diagnose von genetischen Dispositionen und neurologischen Problemen.

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November 2017

Folge 13:  Wearables – Die zweite Haut ist intelligent

Schon 2011 wurde in einem Actionfilm ein Geckohandschuh eingesetzt, um senkrecht an einer Hochhauswand hochzuklettern. Mittlerweile haben die Wearables, mobile am Körper getragene, sensorbestückte Computer nach dem Fitness-Sektor fast alle übrigen Bereiche des täglichen Lebens erobert. Sie sind in Kleidungsstücken, Autositzen und selbst in Erotikmärkten zu finden. Per Bluetooth mit dem Internet verbunden, setzen einige Anbieter für medizinische Frühwarnsysteme Techniken des maschinellen Lernens ein, um individuelle Anpassungen an den Träger vornehmen zu können.

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Oktober 2017

Folge 12: Machine learning – Wenn der Computer die Schulbank drückt

Die beeindruckende Leistungsfähigkeit von selbst fahrenden Autos lässt sich nicht mit den klassischen Programmiermethoden erzielen. Dem menschlichen Gehirn nachgebildete neuronale Netzwerke lernen durch Versuch und Irrtum und optimieren erst in einer Vielzahl von Durchläufen das Ergebnis. Auch im medizinischen Sektor setzen sich Anwendungen der Artificial Intelligence in Verbindung mit Big Data Analysen zunehmend durch. Das bekannteste Beispiel ist das Diagnosesystem IBM Watson. Drei aktuelle Beispiele von Anwendungen ragen heraus: bei Fettleibigkeit von Kindern, Demenz und Brustkrebs. Aus Krankenakten, Stimmanalysen und auch Facebook-Postings sollen durch spezifische Mustererkennungen Suizidgefährdete frühzeitig identifiziert werden. Kritiker warnen aber schon vor der Bedrohung der Menschheit vor Superintelligenzen.

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September 2017

Folge

Folge 11: Telemedizin – Der Arzt im Smartphone

Der „Seehofersche Ärztebauch“ von 1993 kommt nun in das Pensionsalter und beschert dem deutschen Gesundheitssystem ein gravierendes Nachwuchsproblem, welches sich insbesondere im ländlichen Bereich bemerkbar macht. Durch den Ausbau der Telemedizin erleben Online-Arztpraxen einen Boom, zumal die Krankenkassen kostenfreie Videosprechstunden finanzieren. E-Health-Apps und medizinische Sensoren für das Smartphone erleichtern die Ferndiagnose und -überwachung. Deep Learning Methoden in Verbindung mit neuronalen Netzen führen zum Einsatz von Künstlicher Intelligenz. Bedenklich sind die noch ungelösten Datenschutzprobleme und die Verhinderung von Missbrauch.

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Juli/August 2017

Folge 10: 3D-Druck – Medizintechnik aus dem Drucker

In der Juni-Ausgabe des Health&Care Management Magazins erscheint eine Übersicht über den gegenwärtigen Stand der Einsatzmöglichkeiten von 3D-Druckern. Im Baugewerbe, beim Automobil- und Flugzeugbau wird diese kostengünstige und leistungsfähige Technologie schon zunehmend genutzt, aber auch im Gesundheitswesen ist ein starker Trend zum Einsatz von 3D-Druckern zu beobachten. Hörgeräte, chirurgische Einmalartikel, Orthesen und Prothesen, aber auch organische Strukturen werden dreidimensional gedruckt. Das Bio-Printing Verfahren nutzt menschliche Zellen zum Aufbau von immer komplexeren Strukturen. Die Funktionsfähigkeit einer gedruckten Niere konnte im Tierversuch bereits nachgewiesen werden.

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Juni 2017

Folge 9: Personalisierte Medizin – … denn Jeder ist einzigartig

Dank der Fortschritte in der Gentechnologie und durch Nutzung der Big-Data-Analysen wird die bislang übliche „Try-and-Error“-Diagnostik und „One-size-fit-it-all“-Therapie durch personalisierte Medizin abgelöst, da man erkannt hat, dass Patienten sehr unterschiedlich auf Arzneimittel und Therapien reagieren können. In Deutschland sterben jährlich schätzungsweise 17.000 Menschen an nicht angepasster Medikation. Mit Hilfe der Molekulardiagnostik soll durch vorherige Gentests die richtige Menge des richtigen Medikaments am richtigen Patienten angewendet werden.

Die intensiv geförderte Forschung hat auf diesem Gebiet in Deutschland bereits zu 40 zugelassenen Medikamenten für Therapien von Brust- und Lungentumoren, Leukämie, Arthritis, Migräne, HIV und Depressionen geführt.

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Mai 2017

Folge 8: Neuronale Schnittstellen – Die Cyborgs sind schon da

Die Fußball-WM 2014 wurde von einem querschnittsgelähmten Patienten mithilfe seines Exoskeletts eröffnet. Seitdem sind hirnstromgesteuerte Hand- und Armprothesen im Einsatz, Flugdrohnen werden mit EEG-Sensorenkappen gelenkt, sogar eine Kopplung von Gehirn zu Gehirn konnte einfache Informationen über das Internet übermitteln. Kommt schon bald das Brain-Computer-Interface, die Verbindung von menschlicher mit künstlicher Intelligenz? Betrachtet man die allgegenwärtige Nutzung von Smartphones, könnte man darin schon die Vorboten der Cyborgs, der kybernetischen Organismen, erkennen.

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April 2017

Folge 7: Cognitive Computing – Der neue Trend

Computersysteme mit Künstlicher Intelligenz produzieren nach einer längeren Ruhepause plötzlich Schlagzeilen: sie besiegten Champions der Rateshow Jeopardy und des strategischen Brettspiels Go. Mit überraschenden Bluffs wurden vor einigen Monaten sogar die weltbesten Pokerprofis blamiert. Auch im profanen Haushalt finden sich persönliche Assistenten mit Spracheingabe wie Alexa oder Cortana wieder und spionieren nebenbei das individuelle Nutzerverhalten aus. In der E-Health-Branche steht die Apple Watch 3 vor der Markteinführung, die gerüchterweise schon Sensoren für die nichtinvasiven Messungen des Blutzuckerspiegels und der Sauerstoffsättigung enthalten soll. FDA erteilte kürzlich eine Zulassung für das erste digitale Medikament, welches aus dem Magen Messwerte an ein Smartphone senden kann.

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März 2017

Folge 6: Big Data Analysen – Der Mensch wird transparent

Vor kurzem füllte der Pyschometriker Michael Kosinski die Schlagzeilen, als er behauptete, die Wahlergebnisse zum britischen EU-Austritt und zur amerikanischen Präsidentenwahl durch politisches Direktmarketing manipuliert zu haben. Dazu erwarb die Wahlkampfleitung von Donald Trump persönlichen Datenprofile von 230 Millionen Amerikanern, welche durch Big-Data Analysen den Wahlhelfern gezielte Ansprachen von unschlüssigen Wählern mit Propagandabotschaften ermöglichte.

Kosinski wies bereits 2012 nach, dass er anhand von 68 Facebook-Likes die Hautfarbe, die sexuelle und politische Ausrichtung des Users bestimmen könne. Mit 300 Likes will er sogar die Menschenkenntnis seines Partners übertreffen. Ermöglicht wird diese Transparenz durch die OCEAN-Methode, welche die fünf Persönlichkeitsdimensionen Offenheit (Openness to experience), Gewissenhaftigkeit (Conscientiuousness), Geselligkeit (Extraversion), Verträglichkeit (Agreeableness) und emotionale Labilität (Neuroticism) anhand von online verfügbaren Daten ermittelt.

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Januar/Februar 2017

Folge 5:   Robotertechnologie – Der Markt für Robotik boomt

Nach einer Schätzung sollen bereits im nächsten Jahr im privaten Bereich 35 Millionen Serviceroboter werkeln, davon 25 Millionen direkt im Hausarbeitsbereich. Im Pflegebereich erwartet man 32.500 Einheiten, die entweder als Traghilfen, als Kuscheltiere oder als quasi-intelligente Gesprächspartner ihren Dienst versehen. In der Krankenhauslogistik transportieren sie bereits Rollcontainer mit Essen, Medikament, Blutkonserven, Akten oder Wäsche, füllen Proben ab, verwalten Apotheke und stellen Tablettenschachteln zusammen.

Mittlerweile werden Roboter längst als technische Assistenzsysteme in der Radiologie, bei bildgebenden Systemen, in der Strahlentherapie, Patientenpositionierung, in der Rehabilitation, bei der minimalinvasiven Chirurgie und Laser-Osteotomie eingesetzt. Mittels einer Kraft-Rückkopplung spürt der Chirurg, wieviel Kraft er anwendet und wo es Widerstände gibt.

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Jahrgang 2016

Dezember 2016

Folge 4:   Gentherapie – Gentherapie zwischen Hoffnung und Rückschlägen

Im September 2016 erfuhr die Öffentlichkeit erstmals von dem „Baby mit drei Eltern“, welches das Erbgut seines Vaters sowie das kombinierte Erbgut von zwei Frauen in sich trägt. Dadurch wurde der Ausbruch der mütterlichseits übertragenen Erbkrankheit Leigh-Syndrom erfolgreich verhindert. Diese gentherapeutischen Eingriffe sind nun in Großbritannien gesetzlich erlaubt.

Die Gentherapie nimmt nach einigen Rückschlägen wieder Fahrt auf. DNA-, RNA- oder Retroviren dringen als Genfähren bevorzugt in Leberzellen, Lymphozyten oder Knochenmarkzellen ein, um dort hochwirksame Medikamente einzuschleusen. Weltweit befassen sich 16.000 Publikationen und 200 Studien mit dem Einsatz von RNA-Medikamenten. In Deutschland sind bereits zwei Gentherapien und ein RNA-Arzneimittel zugelassen.

Die Zielgenauigkeit ist häufig noch unbefriedigend und etwaige Nebenwirkungen im Genom sind zu berücksichtigen. In der KKC-Serie zur IT- und Medizintechnik des Gesundheitsmagazins Health&Care Management wird im Dezemberheft über die Fortschritte, Chancen und Risiken der Nanomedizin berichtet.

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November 2016

Folge 3:    Nanotechnologien – Faszination Nanomedizin

Der diesjährige Nobelpreis für Chemie ging an drei Autobauer, die aus wenigen Molekülen ein bewegliches Fahrzeug gebaut hatten. Diese Leistung demonstriert anschaulich den gegenwärtigen Stand der Nanotechnologie, die mittlerweile auch einen Transistor von 1 Nanometer Größe hervorgebracht hat. Obwohl Nanopartikel schon seit vielen jahren in der Auto- und Flugzeugindustrie und in Textilien, Kosmetika, Haushalts- und Lebensmitteln zu finden sind, wird über Toxizität, Kanzerogenität, Resistenzbildung, den nötigen Arbeitsschutz und die gefahrlose Entsorgung noch heftig geforscht.

In der Medizin wird schon lange mit Nanopartikeln therapiert: kolloidales Gold wird in der Arthritistherapie eingesetzt, Nanosilber findet durch seine antimikrobielle Wirkung seine Anwendung in der Wundversorgung und in der Implantatherstellung. 2013 wurden schon über 100 Nanoprodukte in der Medizintechnik gelistet, hinzu kommen 43 zugelassene Nanoarzneimittel für Grippe-Impfstoffe, Krebsmedikamente oder gegen Pilzinfektionen. Nanostrukturen ermöglichen den Biomarker- und Wirkstofftransport von wasserlöslichen bzw. hochtoxischen Medikamenten direkt in die Tumorzelle. Die neuen Methoden leiten das neue Zeitalter der Theranostik ein, eine Kombination der Diagnostik durch Biomarker und Therapie durch hochspezifische Medikationen auf Zellebene.

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Oktober 2016

Folge 2:  Künstliche Lebewesen – DNA-Computer

Die Oktober-Ausgabe der HCM befasst sich mit der Entwicklung von DNA-Computern. Nach den ersten konzeptuellen Ideen des Physikers Richard Feynman im Jahre 1959, einzelne Moleküle oder sogar Atome für Berechnungen einzusetzen, nahm die Entwicklung ab 2011 einen rasanten Verlauf, als Forscher begannen, sich Gedanken über die Speicherung von Daten in Genomsequenzen zu machen. Bereits 2013 konnte man fünf Dateien von 740 Kilobytes Umfang in einer codierten DNA speichern. In diesem Jahr kodierten die Genprogrammierer ein Buch in eine DNA und stellten davon im Reagenzglas 70 Milliarden Kopien her.

DNA-Moleküle hat man auch das Rechnen beigebracht: addieren, subtrahieren, multiplizieren und sogar das Ziehen von Quadratwurzeln ist mit einem DNA-Computer bereits möglich. Zurzeit werden Logarithmen und Exponentialfunktionen implementiert.

Natürlich kann man beim DNA-Computer keine Tastatur für die Eingabe von Befehlen verwenden. Die Werte werden durch unterschiedliche Konzentrationen bestimmter DNA-Sequenzen abgebildet, die Rechenoperationen erfolgen durch biochemische Arbeitsschritte. Die Ergebnisse werden abschließend durch elektrophoretische Verfahren und PCR ermittelt. Dadurch dauert der Abruf von Daten allerdings Sekunden bis Stunden.

Der Vorteil liegt in der ungeheuren Speicherdichte: das gegenwärtige Wissen der Menschheit passt in nur einem Kilogramm DNA. Durch millionenfache Parallelarbeit können hochkomplexe Aufgaben wie Wettervorhersagen durchgeführt werden. Durch ihre Größe im Nanobereich könnten künftig DNA-Computer in den Zellen selbst Messungen durchführen, gezielt Medikamente in Krebszellen einbringen und aufgespürte Viren in DNA-Käfige einschließen.

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September 2016

Folge 1:   Gentechnologien – Leben neu programmieren

Zu Beginn befasst sich Kindler mit der Neuprogrammierung des Lebens durch die sogenannte synthetische Biologie. In den letzten zehn Jahren hat diese neue Disziplin aufsehenerregende Fortschritte gemacht. Nachdem zur Jahrtausendwende das komplette menschliche Genom durch Craig Venter sequenziert wurde, stellte er 2008 bereits eine vollständige künstliche DNA vor und kam zwei Jahre später mit dem ersten künstlich erschaffenen Bakterium in die Schlagzeilen.

Ein neues, von den Bakterien abgeschautes Gen-Werkzeug namens CRISPR erlaubt es den Forschern, mit bislang unerreichter Genauigkeit und Schnelligkeit Erbgut umzubauen und Bakterien umzuprogrammieren. Zur Erleichterung der Genmanipulationen wurde eigens eine Software entwickelt, die kostenfrei im Internet heruntergeladen werden kann.

Eine weltweit organisierte Gruppe von „Biohackern“ nutzt diese Technologie längst in ihren Garagen-Biolaboren, um Bakterien neue Eigenschaften beizubringen. Auf der nächsten iGEM-Konferenz Ende Oktober 2016 in Boston werden 300 Teams, darunter 13 deutsche, ihre neuen Kreationen vorstellen.

Mittlerweile haben chinesische Forscher im letzten Jahr auch das gesellschaftliche Tabu durchbrochen und Gene der menschlichen Keimbahn manipuliert. Nun liefern sich die Gentherapeuten ein fragwürdiges Rennen.

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