KI erkennt schwere und tödliche Corona-Verläufe frühzeitig
Einem Forschungsteam aus Deutschland und Österreich ist es gelungen, durch eine KI-unterstützte Methode anhand einer Blutprobe zu prognostizieren, ob Covid-19-Patienten einen schweren Verlauf erleiden oder gar an der Krankheit sterben werden. Wie die Austria Presse-Agentur (APA) berichtet, stellten die Wissenschaftler:innen diese Methode im Fachblatt Plos Digital Health vor.
Durch diese Methode könnten mehr Informationen für Mediziner:innen gewonnen werden, was letztlich auch in der gefürchteten Triagesituation hilfreich sein könnte, so der Biochemiker und Direktor des Instituts für Biochemie der Charité Markus Ralser zu APA.
Das Verfahren ist nicht neu, die Anwendung schon
Grundlage der Forschungen war ein Verfahren, das Rasler bereits 2021 vorgestellt hatte. Durch die sogenannte „Scanning Swath“-Technologie konnte mittels schneller und kostengünstiger Massenspektrometrie die charakteristische Proteinstruktur in Blutproben ermittelt werden. Zudem war es auch möglich, Eiweiße zu identifizieren, die den Schweregrad einer Covid-19-Infektion anzeigen. Aufgabe der KI war es hierbei, die komplexen Daten zu analysieren.
„Um die Technologie zu beschleunigen, haben wir die elektrischen Felder im Massenspektrometer verändert. Das erzeugt äußerst komplexe Daten, die ein Mensch nicht mehr analysieren kann“, erklärt Ralser in einer Pressemitteilung der Charité. „Deshalb haben wir Computeralgorithmen entwickelt, die auf neuronalen Netzwerken basieren und aus den Daten die nötige biologische Information extrahieren. Das erlaubt uns, Tausende Proteine parallel zu bestimmen, und reduziert die Messzeit um ein Vielfaches. Erfreulicherweise ist die Methode darüber hinaus auch genauer.“
Reaktion des Immunsystems auf Erreger
Tatsächlich konnten durch dieses Verfahren insgesamt 54 Proteine ausfindig gemacht werden, die als Anzeiger für die Schwere der Erkrankung dienen. 43 davon waren in früheren Studien bereits mit der Schwere der Erkrankung in Verbindung gebracht worden; für elf der Proteine war dieser Zusammenhang jedoch bisher nicht bekannt gewesen. Mehrere dieser bis dahin unbekannten Proteine sind Teil der Reaktion des Immunsystems auf Erreger, die auch die Gerinnungsneigung erhöht.
„Kann man auch in die Zukunft schauen?“
„Dann war die Frage am Tisch: Kann man Krankheitsverläufe nicht nur abbilden, wie sie im Moment aussehen, sondern kann man auch in die Zukunft schauen?“, so Ralser zur APA.
In der neuen Untersuchung analysierten Wissenschaftler:innen 349 zu verschiedenen Zeitpunkten entnommene Proben von 50 Patient:innen mit sehr schweren Covid-19-Verläufen. Durch das KI-basierte Verfahren wurden unter 321 verdächtigen Proteinen nach denen gesucht, die darauf hinweisen, dass ein:e Patient:in eher überlebt.
Die Verläufe fast aller Patient:innen wurden korrekt vorhergesagt
Die Forscher:innen entwickelten schließlich ein KI-basiertes System, das aus einer einzigen Blutprobe auf den Krankheitsausgang schließen lässt. Die damit erstellten Prognosen stimmten weitgehend mit dem tatsächlichen Verlauf der Krankheit überein: 18 von 19 Patienten, die überlebten, wurden korrekt identifiziert, die fünf Verstorbenen ebenso.
Diese Einschätzung sei natürlich nicht hundertprozentig klar, „aber es geht viel besser, als man es bisher konnte“, so Ralser zur APA. Als Anwendungsmöglichkeit dieser Methode sieht er etwa kleinere klinische Studien, in denen schnell und verlässlich herausgefunden werden könne, ob ein Medikament den gewünschten Effekt bringe. „Die zweite Situation, die natürlich im Raum steht, ist die Triagesituation.“
„Maximal viel Information“
Gerade in so einem Ausnahmezustand brauche ein:e Mediziner:in möglichst jede Information, die zu bekommen ist. Eine Entscheidung nur auf Basis einer solchen Prognose könne und dürfe aber nicht getroffen werden. „Was wir erreichen, ist, dass maximal viel Information auf dem Tisch liegt, wenn so eine Entscheidung ansteht“, so Ralser.
