Af Palle Vibe, Alt om Data
Denne artikel er oprindeligt bragt på Alt om Data. Computerworld overtog i november 2022 Alt om Data. Du kan læse mere om overtagelsen her.
Computere og avanceret software har gennem de sidste tyve år hjulpet forskere og læger til større fremskridt inden for lægevidenskab og sygdomsbehandling end siden den franske læge René Laennec opfandt stetoskopet i 1816 (i øvrigt som et anstandsinstrument, der fritog kvindelige patienter for at mandlige læger så at sige lagde øre til dem).
I tre artikler går vi tæt på de allerseneste fremskridt og opdagelser, og vi kan sandelig også godt være med herhjemme. Og med brug af kunstig intelligens og kloge algoritmer er meget rutine, hvad sundhedssektoren ikke formåede for bare 4-5 år siden. Vi lever længere, dødeligheden går ned, og vores generelle helbredstilstand stiger. Den eneste mørke side er, at vi i stadigt større grad er villige til at lægge ansvar og ønsker over på lægerne og videnskaben.
Læs de andre dele her
Snart vil medicinsk behandling kunne testes på digitale forsøgspatienter
Udtrykket ”in silico” bliver mere og mere almindeligt i forsknings- og sundhedssektoren. Begrebet er latin og anvendes primært i forbindelse med medicinske forsøg, hvor betydningen er ”forsøg i computeren” i modsætning til de to ældre og mere kendte udtryk ”in vitro” (forsøg i reagensglas) og ”in vivo” (forsøg på levende dyr eller mennesker).
In silico beskriver med andre ord, at forsøget er udført på en virtuel model, der kun består af nuller og ettaller på en død computerchip af silicium. In silico er som sådan ikke et helt nyt begreb. Allerede i 2007 viste det amerikanske firma Entelos en computermodel, der antydede, at præparatet Rituximab var bedre end TNF-hæmmere til at forebygge nedbrydningen af knoglerne hos bestemte patientgrupper. Resultatet blev senere påvist at være helt korrekt.
Men nu arbejder forskere herhjemme som i udlandet intenst på at skabe digitale udgaver af mus og rotter og fremover også in silico-modeller af større og mere intelligente dyr som hunde og aber og ultimativt mennesker. Både den europæiske og den amerikanske lægemiddelstyrelse (EMA og FDA) er fuldt overbeviste om, at in silico-test inden længe vil udgøre mindst halvdelen af alle medicinske forsøg. Og fordelene vil bl.a. være helt risikofri medicinering og operationer uden frygt for, at noget går galt.
Internationalt projekt med dansk deltagelse
Et centralt projekt inden for denne forskning er det såkaldte Parametric Human Project (PHP), der arbejder nonprofit med deltagelse af forskergrupper fra USA såvel som Canada og EU. Virkeliggørelsen forudsætter imidlertid ikke bare, at forskerne udarbejder en digital beskrivelse af de enkelte organer, der kan samles til en hel organisme, men også opnår fuld forståelse af, hvordan de enkelte organer samarbejder og vekselvirker.
Projektets grundlægger Azam Khan, der er direktør for forskningsgruppen Complex Systems Research under Autodesk Research, forklarer, at bestræbelserne går ud på at skabe en slags virtuel tvilling af mennesket på basis af de enorme mængder af data, der hver dag vælter frem inden for sundhedsområdet via MR-scanninger, gensekventering mv. Her er forståelsen af organernes samarbejde altafgørende, og virtuelle modeller gør det muligt at ”skrue” på mange parametre undervejs af hvilken grund projektet også kaldes ”det parametriske menneske”.
”Tag bare et kig på den lange opremsning af bivirkninger, der står på indlægssedlerne til medicin. Det er et klart udtryk for, at vi ikke kan isolere problemer i kroppen til ét sted,” argumenterer Azam Khan. Det hele hænger sammen, og derfor må vi i gang med at inddrage AI og maskinlæring til at slå bro mellem kroppens systemer.” Samtidig erkender projektgrundlæggeren dog, at videnskaben måske ikke kommer til at forstå alle de sammenhænge, som computeren viser os. Azam Khan sammenligner det med computernes evne til at foretage ansigtsgenkendelse. Det virker, men ingen ved helt hvorfor eller hvordan.
Virtuelle udgaver af virkelige patienter
Steen Schledermann, der er civilingeniør, leder den danske del af projektet – PHP Danmark – med base i IT-Universitetet i København. Han uddyber, at den endelige digitale model af den menneskelige krop naturligvis – ud over muskler, væv, blodbaner, knogler osv. – også skal omfatte data for, hvordan knogler eksempelvis interagerer med hinanden for at kunne frembringe overbevisende simulationer af kroppens bevægelsesmotorik.
”Senere kan vi så lægge muskelfibre, blodårer og andet væv uden på knoglerne. Den komplette model vil på den måde kunne simulere næsten alle tænkelige skavanker og reagere lynhurtigt og realistisk på medicinsk behandling, operative indgreb og andre ydre påvirkninger.” Steen Schledermann forventer også, at projektet på sigt vil kunne give mulighed for at indlæse konkrete oplysninger om virkelige patienter i modellen, så læger kan efterprøve virkningen af forskellig behandling på en digital kopi af pågældende patient frem for på patienten selv.
Det er tanken, at ”det parametriske menneske” skal være tilgængelig for alle relevante forskere og personale inden for sundhedssektoren, og at det er muligt at koble sig ind som både bruger af modellen og bidragsyder til modellens udvikling. Men før projektet når så langt, skal verdens forskere enes om en fælles ”ordbog” over menneskekroppen. I dag eksisterer der ikke ensartede standarder for nomenklatur og graden af detaljer.
Store udfordringer teknisk som etisk
”Men der er store udfordringer både hvad angår teknik og databeskyttelse,” fastslår Steen Schledermann. ”Indscanning af virkelige patientdata vil jo selvsagt forudsætte samtykke af de involverede personer foruden diskret og ansvarsfuld behandling af disse data med styr på enhver eventuel ansvarsplacering, hvis noget uforudset skulle indtræffe”, pointerer han. ”Derfor vil det som del af projektet indgå at opføre stationer rundt omkring i verden, hvor folk nemt kan blive scannet og være sikret, at de juridiske forhold er i orden.”
PHP-projektet har bl.a. som delmål at kortlægge alle muskler i den menneskelige krop. Hver eneste farvede linje repræsenterer et bundt muskelfibre. Bundter af samme farve skal illustrere kompleksiteten af de individuelle muskler.Selv om tanken om en komplet digital og 100 % korrekt og realistisk digital udgave af et menneske med alle et menneskes funktioner godt i dag kan tage vejret fra de fleste computeringeniører, vurderer både Azam og Steen Schledermann, at projektet qua stadigt voksende computerkraft og forbedret kunstig intelligens er inden for det realiserbare inden for nogle år.
”Projektet er stadig på fundraising-stadiet,” oplyser Steen Schledermann, ”og via vores nonprofitorganisationer søger vi at rejse midler til de forskellige dele af projektet. På nuværende tidspunkt har vi ca. 30 partnere, der bl.a. tæller softwarefirmaet Autodesk, som vi i øvrigt også samarbejder med om udvikling af software til digitalisering af muskler og nerver gennem projektet ”Fibonacci”. Samtidig pågår flere andre projekter i EU, som det måske på sigt vil være muligt at træde i samarbejde med.” Se mere på parametrichuman.org.
Godt gang i 3D-printede organer
Førende forskere verden over er overbevist om, at de mest enkle menneskelige vævstyper kan 3D-bioprintes efter behov inden for få år. Større og mere komplicerede dele og organer har dog nok noget længere tidshorisont.
Ingen ben i brusk
3D-printet brusk hører nok til de vævstyper, som står umiddelbart foran at kunne bio-printes og indsættes i mennesker. Det åbner mulighed for, at det meget snart vil være muligt at erstatte brusken i for eksempel øre, næse og knæ med 3D-printet væv. I hvert fald har forskere fra Sahlgrenska Universitetssjukhuset i Gøteborg udvundet stamceller fra brusken i en patients knæ. Stamceller er en form for universalceller, der kan udvikle sig til mange forskellige typer af celler alt efter, hvor de bliver indsat i kroppen.
Forskerne indkapslede stamcellerne i en cellulose-opløsning, som blev 3D-udprintet og bragt til at udvikle sig til rigtigt bruskvæv. Førhen er tilsvarende brusk blevet indopereret i mus, der har optaget det nye væv som en naturlig del af sit eget væv. Også kropsvæv som knogler og muskler står højt på forskernes ønskeseddel. Begge vævstyper er ligesom brusk relativt simpelt opbyggede uden mange forskellige celletyper og vil derfor formodentligt kunne regnes blandt de næste store landvindinger inden for 3D-bioprint.
Med hud og hår
Næste skridt er udprintet hud, som kan transplanteres direkte på patienter, der eksempelvis lider af hudkræft eller har fået brandsår. Det spanske firma for bioteknik Biodan erklærede sidste år, at firmaet som det første, havde udviklet bioprintet hud, der uden videre kunne bruges til hudtransplantationer på menneskelige patienter. Den bioprintede hud skal nu testes og eventuelt godkendes af de forskellige europæiske landes sundhedsmyndigheder, inden den kan tages i brug til patientbehandling i den offentlige sundhedssektor.
Kosmetikfirmaet L’Oréal og det franske bioprintfirma Poietis har været ude med påstande om, at de er i stand til at bioprinte hårsække, der producerer hår. Udprintningen sker med en ekstremt høj opløsning i en størrelsesorden på 10 mikron, og de to samarbejdsfirmaer forventer en cellelevedygtighed på over 95 %.
Øje for hornhinder
Årligt mister over 10 millioner personer synet, fordi hornhinden i deres øje er blevet ødelagt af sygdom eller ulykke. Men synet kan reddes, hvis det lykkes at finde en passende donorhornhinde i tide, og den transplanterede hornhinde ikke bliver afstødt, hvilket desværre ikke så sjældent sker. Forskere fra det spanske La Paz Hospital, Harvard University og selveste MIT er imidlertid optimistiske og forventer, at det om blot fem år vil være muligt at bioprinte hornhinder, der er 3D-optimeret til netop den pågældende patients syn.
Forskeren har udført lovende forsøg, hvor de har 3D-printet hornhinder fremstillet på basis af en polymerisk matrix af samme type collagen, som menneskelige hornhinder består af. Oven på matrix-basen har forskerne printet stamceller direkte, hvilket er langt hurtigere, end at lade den selv gro frem af stamcellemateriale. Forskerne arbejder på at forfine den nanoteknologi, der for øjeblikket anvendes til opbygning af collagen-formen. For at hornhinden skal være fuldt gennemskinnelig for lys, skal collagen-fibrene nemlig udprintes og placeres med en bestemt nøjagtig indbyrdes afstand.
Hjerte og smerte
Selv om du måske nok kunne tro det, er menneskets hjerte ikke et af kroppens mest komplicerede organer. Hjertet er jo i bund og grund en muskel, der ikke udfører komplicerede biokemiske funktioner på samme måde som nyren eller leveren, og både opbygning og funktion er meget udførligt klarlagt. Derfor burde det jo for så vidt være en oplagt sag at fremstille hjerter på samlebånd med 3D-bioprint. Smerteligt nok er virkeligheden ikke helt med på den.
For hjertet omfatter også arterier, kapillærer, vener osv., og disse dele er ikke bare små men også meget komplekse. Det kan dog måske lade sig gøre ved at kombinere den opløsning med celler, der sendes ud gennem et printerhoved, med en bionedbrydelig plast, der kan understøtte cellerne i selve byggefasen og derefter blive optaget og nedbrudt i kroppen. Men opgaven er yderst kompliceret, og forskerne gør kun små fremskridt. Foreløbig vil forskerne formentlig holde sig til at bioprinte mindre muskeldele til reparation af hjertet frem for at forsøge at printe et helt nyt hjerte.
Bioprintet væv er allerede nu til salg og bliver eksempelvis brugt til proteser og også af kosmetik- og kemifirmaer til produkttest.Ingen lever uden nyrer
Der er verden over mangel på organdonorer, og blandt de organer, der er absolut størst efterspørgsel på, er netop nyrer og lever. Desværre er disse to livsvigtige organer også ret komplekse, eftersom de består af mange forskellige celletyper med hver deres funktion. Og ligesom et hjerte omfatter begge organer et fintmasket system af kar for at kunne tilføre ilt og transportere affaldsstoffer væk.
Sidste år lykkedes det dog forskere fra Harvard at printe et stykke af en nyre, som foruden blodkar havde et system af nefroner, der løber langs med nyrens blodkar og udveksler affaldsstoffer. Alle er dog enige om, at der er lange udsigter til, at 3D-printede udgaver af nyrer og lever kan blive så funktionsdygtige, at de kan indopereres i mennesker.
Fra mus til kvinder
Sidste år kunne amerikanske forskere afsløre, at de havde 3D-printet små æggestokke til mus, og at musenes eget karsystem tillige havde accepteret og integreret de 3D-printede æggestokke. Som yderligere et klart tegn på operationens succes, fik musene naturlig ægløsning og kunne føde levedygtigt afkom.
Hvis teknologien kan overføres til mennesker, kan det give håb for kvinder, der ikke kan blive gravide som følge af kræft eller andre sygdomme i æggestokkene. Men da æggestokke til mennesker vil kræve et større og mere kompleks system af blodkar, forventer forskerne ikke, at 3D-bioprintede æggestokke til mennesker ligger lige om hjørnet.
Ny metode til cancerundersøgelse virker ved hjælp af fotoakustik
Hvert år får over 4500 kvinder i Danmark konstateret brystkræft. Behandlingen består i at fjerne kræftknuderne med en operation, og patienten skal til jævnlig efterkontrol for at imødegå, at kræften kommer igen. Nu er det imidlertid muligt at anvende fotoakustisk tomografi dvs. lys og lyd til at diagnosticere spredningen af brystkræft. Det gør det muligt for lægerne at scanne en eventuel vævsprøve og afgøre, om hele tumoren er fjernet under selve operationen. Det betyder, at lægeholdet altså både vil kunne diagnosticere, fjerne og kontrollere kræftvæv i samme undersøgelsesgang, så patienterne ikke først skal sendes hjem og måske kaldes ind til fornyet operation.
Teknologien er baseret på det forhold, at alle molekyler optager lys med bestemte bølgelængder, hvorved molekylet optager noget af energien og frigiver den igen i form af ultrasoniske lydbølger. Disse lydbølger kan omsættes digitalt til utroligt detaljerede billeder, og da det med sådan fotoaukustisk billeddannelse er muligt at afbilde et hvilket som helst molekyle, synes metoden særdeles lovende.
Forskerne arbejder derfor nu på at bygge et fotoakustisk instrument med flere kanaler og hurtigere computerstyret laserlys, der muliggør parallelle scanninger og hurtigere dataindsamling. Det skal kunne reducere scanningen af vævsprøven til få minutter.
Traditionel vævsprøve med kræft over for samme område som det aftegnes med hjælp af fotoakustik.Specialudviklet MRI-teknologi overflødiggør vævsprøver
Ny MRI scanningsteknik kan med stor sikkerhed angive, om en tumor i nyrerne er godartet eller ondartet uden behov for omstændelige og ofte stærkt ubehagelige biopsier.
I dag vælger mange patienter at leve med risikoen for alvorlig nyrecancer for at undgå sådanne vævsprøver, men via Magnetic Resonance Imaging (MRI) kan lægerne nu danne sig et pålideligt billede af svulstens beskaffenhed og eventuelle farlighed.
Den nye teknik kaldes multiparametrisk MRI-scanning (mpMRI) og omfatter en gennemprøvet diagnostisk algoritme, der vurderer og gennemgår adskillige serier af MRI nyrescanninger og bl.a. kan identificere mikroskopiske fedtansamlinger og fortælle mange andre vigtige ting om tilstanden i patientens nyrer.
Den nye metode er ikke tænkt som erstatning for traditionelle undersøgelser, men snarere som et supplement, der måske kan reducere antallet af unødvendige biopsier eller bekræfte nødvendigheden af at udføre dem på patienter, der ellers helst ville undgå dem. Yderligere forskningsarbejde må dog påregnes, før den nye teknik kan anvendes i bredere forstand, men metoden vil kunne identificere de mest almindelige former af ondartede svulster med en nøjagtighed på omkring 80 % og vil derfor være et velkommen nyt værktøj i kræftlægernes værktøjskasse.
Kirurger kan allerede i forbindelse med operationen vurdere operationens succes ved at studere mpMRI scanningsbilleder.Tre medicinske gadgets på vej under solen
En god dag at blive gravid på?
Mange ønsker deres børn født på bestemte tider af året og vil derfor gerne undfange i et bestemt tidsrum. Og her er en god nyhed: Tidspunktet kan beregnes af din smartphone. Det kræver blot en app og et lille specialcover, som hedder me.mum. Coveret ligner lidt en kameralinse, men ”linsen” er en lille prøveskål, som brugeren fylder med en lille klat spyt på fingeren. Derpå vil den tilhørende app ud fra indhold af forskellige hormoner i spyttet hurtigt afgøre, om tidspunktet er fordelagtigt for graviditet.
Me.mum anvender intelligente algoritmer og kan også forudberegne de bedste fremtidige perioder ud fra foregående data og test og vil snart være i handelen. Prisen forventes at komme til at ligge på 80-100 dollar. Se mere på https://www.memum.net/
Klistermærket fortæller, når du skal søge skygge
Vi ved jo godt, at for meget sol kan være farligt. Men hvornår er for meget? Det fortæller LogicInk, der er et lille rundt eller firkantet klistermærke, som du sætter på huden. Klistermærket er påtrykt et særligt blæk, der skifter farve, alt efter hvor meget sollys, der rammer det. Klistermærket er opdelt i to indikatorområder, hvor det ene straks skifter farve fra hvid til lilla, hvis sollyset er umiddelbart for stærkt, mens det andet område omfatter tre indikatorer, der hver især skifter farve efter tur.
Hvis alle tre områder skifter farve, har du fået sol nok den dag. Det er firmaet LogicInk i San Francisco, der står bag ”solmærket”, og forventer at have produktet klar til salg i løbet af nogle måneder. Prisen kendes endnu ikke. Se mere her: http://www.logic.ink LogicInk UV-mærkerne fås både runde og firkantede.
LogicInk UV-mærkerne fås både runde og firkantede.”Er der betændelse?”
”Jeg er bange for, at der skal gå betændelse i mit sår”, siger du måske til lægen. Men betændelsesbakterier er jo nu en gang usynlige, og lægen kan heller ikke se dem. Det canadiske firma MolecuLight i:X har imidlertid udviklet et lille professionelt undersøgelsesapparat, der på et øjeblik kan afgøre situationen. Afgørelsen bliver foretaget på baggrund af to fotografier af såret. Det første foto tages i ultraviolet belysning, hvor sund hud tegner sig grøn, mens betændelsesområder vises som røde områder på apparatets lille indbyggede skærm.
Derpå tages et foto i almindeligt dagslys, der fortæller om sårhelingen over tid, så lægen har noget at sammenligne med ved næste tjek. Og apparatet skal på intet tidspunkt i berøring med såret. MolecuLight i:X kan dermed ikke blot afsløre, om der er betændelsesbakterier til stede, men også angive nøjagtigt hvor i såret, de optræder, og denne viden har kliniske test vist, at det kan give op til ni gange hurtigere og mere effektiv sårbehandling.Se mere på http://eu.moleculight.com.
MolecuLight i:X viser betændelsesbakterier i kraftig rød farve.