Die Zukunft der Medizin: Stammzellen, Gentechnologie, maßgeschneiderte DNA

Im Sommer 2008 bemerkte ich ein Muttermal an meinem Arm, das immer größer zu werden schien.

Es war jedoch schwer zu sagen. Ich war mir nicht sicher, ob es tatsächlich gewachsen war – oder ob ich einfach ausflippte und ohne guten Grund ein Hypochonder war – also beschloss ich, es untersuchen zu lassen. Dazu musste ich eine Klinik anrufen, einen Termin vereinbaren, ein paar Tage warten und dann zur Arztpraxis fahren. Als ich dort war, sah sich eine Frau mit mehr als acht Jahren medizinischer Fachausbildung das Muttermal genau an und stellte mir eine Reihe von Fragen dazu – aber als alles gesagt und getan war, hatte sie keine endgültige Antwort darauf Mich. Stattdessen überwies sie mich einfach an einen anderen Arzt, der mehr Erfahrung mit Melanomen hatte, und der ganze Prozess begann von vorne.

Am Ende war nichts, aber der zweite Arzt sagte mir, ich solle sicherheitshalber ein Auge darauf behalten. Acht Jahre später behalte ich es immer noch im Auge – aber meine Methoden sind etwas ausgefeilter geworden. Jetzt ziehe ich alle paar Monate einen Smartphone Starten Sie aus meiner Tasche heraus eine Anwendung mit dem Namen SkinVision, und machen Sie ein Foto des Maulwurfs. Innerhalb von Sekunden analysiert die App mithilfe fortschrittlicher Bilderkennungsalgorithmen die Form, Größe und Farbe von Ich besuche den betroffenen Bereich und vergleiche ihn dann mit allen Bildern, die ich in der Vergangenheit gemacht habe, um mein Risiko einzuschätzen Melanom.

Mit Hilfe der Technologie kann ich das, wofür ich früher zwei Wochen und mehrere Arztbesuche brauchte, jetzt in kürzerer Zeit erledigen als das Zubinden meiner Schuhe. Es verblüfft mich immer noch, dass eine so radikale Transformation weniger als ein Jahrzehnt gedauert hat. Jedes Mal, wenn ich die App starte, frage ich mich, welche Fortschritte wir im nächsten Jahrzehnt sehen werden.

Wie wird die Medizin in zehn Jahren aussehen? Werden wir von Roboterchirurgen operiert, bei Bedarf neue Organe wachsen lassen und Wunderpillen einnehmen, die alle unsere Beschwerden lindern? Werden die tödlichsten Krankheiten der Welt geheilt oder können wir sie verhindern, bevor sie überhaupt auftreten? Es ist leicht zu spekulieren, was in ferner Zukunft passieren wird, aber wie sieht es mit der nahen Zukunft aus? Welche wundersamen Dinge werden im Jahr 2026 realistischerweise möglich sein?

Um das zu verstehen, müssen Sie zunächst auf die tektonischen Veränderungen zurückblicken, die in den letzten 10 Jahren stattgefunden haben und sich auch in der Zukunft fortsetzen werden. Erfahren Sie hier, wie die Technologie die Medizin im Laufe des letzten Jahrzehnts radikal verändert hat, und werfen Sie einen Blick auf einige der erstaunlichen Fortschritte, die im nächsten Jahrzehnt erwartet werden.

Das Internet der Gesundheit

Im Jahr 2006 hatte niemand ein Smartphone in der Tasche. Das drahtlose Internet war gerade erst geboren, das iPhone war noch nicht auf den Markt gekommen und „Wearable Tech“ war noch nicht einmal Teil der populären Umgangssprache. Es ist gerade einmal 10 Jahre her, und all diese Dinge sind in der entwickelten Welt praktisch allgegenwärtig.

Anders als jemals zuvor in der Geschichte der Menschheit laufen die Menschen heute mit mit Sensoren ausgestatteten, mit dem Internet verbundenen Computern umher, die mehr oder weniger an ihren Körpern befestigt sind. Diese Computer ermöglichen uns nicht nur den Zugriff auf eine Welt voller Gesundheitsinformationen, wann immer wir sie benötigen, sondern auch die Verfolgung unserer persönlichen Gesundheit auf beispiellose neue Weise.

Selbst ein günstiges Smartphone kann Ihre Herzfrequenz messen, Ihre Schritte zählen oder die Qualität Ihres Schlafes in der Nacht überwachen. Wenn Sie etwas Fortgeschritteneres benötigen, stehen Ihnen auch unzählige Aufsätze zur Verfügung, mit denen Sie Ihr Mobilgerät in nahezu jedes medizinische Werkzeug verwandeln können, das Sie jemals benötigen könnten. A Smartphone-betriebenes Otoskop kann Ohrenentzündungen diagnostizieren, a Intelligentes Stethoskop kann ungewöhnliche Herzrhythmen erkennen und a Mit dem Smartphone verbundenes Molekularspektrometer kann Ihnen die chemische Zusammensetzung aller Lebensmittel oder Pillen sagen, auf die Sie stoßen. Und das sind nur einige Beispiele.

Die SkinVision-App kann einen Hautfleck im Laufe der Zeit verfolgen, um das Risiko zu berechnen, dass es sich um ein Melanom handelt. (Kredit: SkinVision)

Diese unglaubliche Fülle an Apps, Sensoren und Informationen hat bereits eine große Abkehr von der traditionellen medizinischen Praxis eingeleitet.

„Im Grunde genommen sehen wir die Digitalisierung des Menschen“, sagt Dr. Eric Topol, Kardiologe und Direktor des Scripps Translational Science Institute. „All diese neuen Tools geben Ihnen die Möglichkeit, das medizinische Wesen jedes Menschen grundsätzlich zu quantifizieren und zu digitalisieren. Und da die Patienten die meisten dieser Daten selbst generieren, weil ihre Smartphones medizinisiert sind, stehen sie im Mittelpunkt und nicht der Arzt. Und mit intelligenten Algorithmen, die ihnen bei der Interpretation ihrer Daten helfen, können sie sich, wenn sie wollen, von der abgeschotteten Welt der traditionellen Gesundheitsversorgung emanzipieren.“

Mit Blick auf die Zukunft glaubt Topol, dass Smartphones die Rolle, die menschliche Ärzte im Gesundheitssystem spielen, radikal verändern werden. „Diese Tools können den Einsatz von Ärzten reduzieren, Kosten senken, das Tempo der Pflege beschleunigen und den Patienten mehr Macht geben“, erklärt er. „Da immer mehr medizinische Daten von Patienten generiert und von Computern verarbeitet werden, werden sich viele Aspekte der Diagnose und Überwachung der Medizin von den Ärzten verlagern. Der Patient wird beginnen, die Verantwortung zu übernehmen und sich hauptsächlich an Ärzte zu wenden, um Behandlung, Anleitung, Weisheit und Erfahrung zu erhalten. Diese Ärzte schreiben keine Anweisungen; Sie werden Ratschläge geben.“

Medizin, Informatik treffen

Computer haben in der Medizin eine lange Geschichte. Krankenhäuser nutzen sie seit den 1950er Jahren, um Krankenakten zu verfolgen und Patienten zu überwachen, aber in der computergestützten Medizin – das heißt, mit Computermodelle und hochentwickelte Software, um herauszufinden, wie sich Krankheiten entwickeln – gibt es erst seit relativ kurzer Zeit Zeit. Erst im letzten Jahrzehnt, als Computer deutlich leistungsfähiger und zugänglicher wurden, begann der wahre Aufschwung für den Bereich der Computermedizin.

Dr. Raimond Winslow, Direktor des 2005 gegründeten Johns Hopkins University Institute for Computational Medicine, sagt, dass „das Fachgebiet in den letzten Jahren explodiert ist“. Es gibt eine ganz neue Gemeinschaft von Menschen, die in Mathematik, Informatik und Ingenieurwissenschaften ausgebildet werden – und sie werden auch in Biologie gegenseitig ausgebildet. Dies ermöglicht es ihnen, eine völlig neue Perspektive in die medizinische Diagnose und Behandlung einzubringen.“

Anstatt uns jetzt nur noch mit unserem begrenzten menschlichen Gehirn über komplexe medizinische Fragen zu rätseln, haben wir damit begonnen, die Hilfe in Anspruch zu nehmen Mit Hilfe von Maschinen können riesige Datenmengen analysiert, Muster erkannt und Vorhersagen getroffen werden, die kein menschlicher Arzt jemals könnte ergründen.

„Krankheiten durch die Linse der traditionellen Biologie zu betrachten, ist wie der Versuch, ein sehr komplexes Puzzle aus vielen Teilen zusammenzusetzen“, erklärt Winslow. „Das Ergebnis kann ein sehr unvollständiges Bild sein. Mithilfe der computergestützten Medizin können Sie erkennen, wie die Puzzleteile zusammenpassen, um ein ganzheitlicheres Bild zu erhalten. Wir werden vielleicht nie alle fehlenden Teile haben, aber am Ende werden wir eine viel klarere Vorstellung davon haben, was Krankheiten verursacht und wie man sie behandelt.“

In relativ kurzer Zeit wurden mithilfe der Computermedizin einige ziemlich unglaubliche Dinge erreicht – wie die Bestimmung der Gen- und Proteinmarker von Darmkrebs, Eierstockkrebs und einer Reihe von Herz-Kreislauf-Erkrankungen Krankheiten.

In letzter Zeit hat sich das Fachgebiet sogar über die Krankheitsmodellierung hinaus ausgeweitet. Da unsere Rechenkapazitäten im Laufe der Jahre zugenommen haben, haben sich auch die Art und Weise, wie Wissenschaftler diese Fähigkeiten nutzen, erweitert. Wissenschaftler nutzen heute Technologien wie Deep-Learning-Algorithmen und künstliche Intelligenz, um Informationen aus Quellen zu extrahieren, die sonst nutzlos oder unzugänglich wären.

Nehmen wir zum Beispiel Dr. Gunnar Rätcsh vom Memorial Sloan Kettering Cancer Center. Er und sein Team nutzten kürzlich Berechnungen, um die Geheimnisse des Krebses auf völlig unorthodoxe Weise zu entschlüsseln. Anstatt ein Modell der Krankheit zu erstellen, um sie auf biologischer Ebene zu verstehen, bauten Rätcsh und sein Team ein Künstlich intelligentes Softwareprogramm, das Hunderte Millionen Arztbriefe lesen und verstehen kann Anmerkungen. Durch den Vergleich dieser Notizen und die Analyse der Beziehungen zwischen Patientensymptomen, Krankengeschichten, ärztlichen Beobachtungen usw Durch die verschiedenen Behandlungsabläufe gelang es dem Programm, Zusammenhänge und Assoziationen zu finden, die menschliche Ärzte möglicherweise nicht hatten bemerkte.

„Der menschliche Geist ist begrenzt“, erklärt Rätsch, „daher muss man sich Statistik und Informatik zunutze machen.“

Und Ratsch ist nicht der Einzige, der über den Tellerrand hinausschaut. Mit leistungsstarken neuen Computern, Tonnen neuer Daten und einer Vielzahl cleverer neuer Ansätze entwickeln Forscher völlig neue Wege, um komplexe medizinische Probleme anzugehen.

Beispielsweise haben Forscher kürzlich einen Algorithmus für maschinelles Lernen entwickelt, der die Ausbreitung von Krankheiten verfolgt, indem er Twitter nach mit Geotags versehenen Tweets zum Thema Krankheit durchsucht. Durch die Analyse dieser Daten können Epidemiologen genauer vorhersagen, wo sich Viren wie Influenza wahrscheinlich ausbreiten, was den Gesundheitsbehörden hilft, Impfstoffe effektiver einzusetzen.

In einer anderen Studie trainierten Forscher ein künstliches neuronales Netzwerk, um Muster in MRT-Scans zu erkennen, was letztendlich zu einem führte System, das nicht nur das Vorhandensein von Alzheimer erkennen konnte, sondern auch vorhersagen konnte, wann die Krankheit bei einem ansonsten gesunden Menschen wahrscheinlich auftreten würde geduldig.

Wir haben auch Algorithmen, die das können Diagnose von Depressionen und Angstzuständen durch die Analyse von Mustern in Ihrer Sprache und sogar die Ausbreitung von Ebola vorhersagen durch Analyse der Migrationsaktivität infizierter Fledermäuse. Und die Liste geht weiter. Dies sind nur einige Beispiele für einen größeren Trend. Die Informatik hat inzwischen Dutzende verschiedener medizinischer Berufe erfasst und wird sich weiterhin ausbreiten, bis sie jeden Winkel der medizinischen Forschung und Praxis erreicht hat.

Genbearbeitung

Jede Diskussion der bedeutendsten Fortschritte der letzten zehn Jahre wäre ohne die Erwähnung von CRISPR-Cas9 völlig unvollständig. Diese einzelne Technik ist zweifellos eine der größten Errungenschaften unserer Zeit und wird tiefgreifende Auswirkungen auf die Zukunft der Medizin haben.

Für Uneingeweihte: CRISPR-Cas9 ist eine Technik zur Genombearbeitung, die es Wissenschaftlern ermöglicht, Gene mit beispielloser Präzision, Effizienz und Flexibilität zu bearbeiten. Es wurde 2012 entwickelt und hat seitdem die Biologie wie ein Lauffeuer erfasst.

Das Akronym CRISPR steht für Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats. Das bedeutet für Sie wahrscheinlich nicht viel, es sei denn, Sie sind Biologe, aber kurz gesagt bezieht es sich auf ein adaptives Immunsystem System, mit dem Mikroben sich gegen eindringende Viren verteidigen, indem sie ihre DNA aufzeichnen und gezielt angreifen Sequenzen. Vor einigen Jahren erkannten Wissenschaftler, dass diese Technik zu einer einfachen und zuverlässigen Technik zur Bearbeitung des Genoms nahezu jedes Organismus – nicht zuletzt in lebenden Zellen – umfunktioniert werden könnte.

Um fair zu sein: CRISPR ist nicht das erste Werkzeug zur Genombearbeitung, das jemals entwickelt wurde. Früher konnten Wissenschaftler Gene mit Prozessen wie TALENS und Zinkfingernukleasen bearbeiten. Diese bisherigen Techniken können der Einfachheit von CRISPR jedoch nicht das Wasser reichen. Beide erfordern, dass Wissenschaftler für jedes DNA-Ziel maßgeschneiderte Proteine ​​​​bauen – ein Prozess, der weitaus mehr Zeit und Aufwand erfordert als die relativ einfache RNA-Programmierung, die CRISPR verwendet.

„Wir könnten all diese Gentechnik-Sachen schon früher machen“, erklärt Josiah Zayner, Biohacker und Biologe, „aber Frühere Dinge, die Menschen verwendeten, wie Zinkfingernukleasen und TALENS, mussten auf einem Protein entwickelt werden Ebene. Wenn Sie also etwas für ein bestimmtes Gen entwickeln wollten, würden Sie etwa sechs Monate brauchen, um die Proteine ​​zu entwickeln, die die DNA binden. Wenn ich mit CRISPR ein neues CRISPR-Experiment durchführen möchte, könnte ich online gehen, zu einem dieser DNA-Syntheseunternehmen gehen, 100 verschiedene Dinge bestellen und morgen könnte ich meine Experimente durchführen. So dauerte es nur sechs Monate, nun ja – einige dieser Unternehmen versenden jetzt über Nacht – Sie können also nicht nur 100-mal so viel recherchieren, sondern auch 100-mal schneller als zuvor.“

Vereinfacht gesagt hat CRISPR einige der größten Hürden abgebaut, vor denen DNA-Forscher auf der ganzen Welt stehen. Die Schleusentore sind jetzt geöffnet und jeder kann die Genbearbeitung durchführen.

Im Jahrzehnt vor der Entwicklung der CRISPR-Cas9-Technik wurde CRISPR nur 200 Mal in wissenschaftlichen Publikationen erwähnt. Diese Zahl hat sich allein im Jahr 2014 verdreifacht, und wir sehen keine Anzeichen für eine baldige Verlangsamung.

Allein in den letzten zwei Jahren haben Forscher CRISPR erfolgreich für die Technik eingesetzt Pflanzen, die immun sind gegen bestimmte Pilzkrankheiten, zur Ausrottung von HIV-1 aus infizierten Mauszellen und sogar zur Durchführung einer vollständigen Genommanipulation.

Und das ist erst der Anfang. Während ich diese Worte schreibe, laufen tatsächlich die ersten Gene-Editing-Versuche am Menschen. Im August wird eine Gruppe chinesischer Forscher versuchen, einen Krebspatienten zu behandeln, indem sie ihm mit der CRISPR-Cas9-Methode modifizierte Zellen injizieren. Konkreter plant das Team, Patienten mit einem bestimmten Lungentyp weiße Blutkörperchen zu entnehmen Krebs, bearbeiten Sie diese Zellen so, dass sie den Krebs angreifen, und führen Sie sie dann wieder in das Leben des Patienten ein Körper. Wenn alles wie geplant verläuft, werden die manipulierten Zellen die Krebszellen jagen und abtöten und der Patient wird sich vollständig erholen.

Eine Vielzahl erfolgreicher Tierversuche legen nahe, dass CRISPR ein enormes Potenzial für die Behandlung menschlicher Krankheiten hat. Aber die größte Stärke von CRISPR liegt wohl nicht darin, dass es so einfach und effektiv ist, sondern darin, dass die Technik so zugänglich geworden ist, dass jeder sie nutzen kann.

Dank eines Biotech-Zulieferer-Startups in Kalifornien kann derzeit jeder mit 140 US-Dollar ein Exemplar in die Hände bekommen Bauen Sie ein CRISPR-Kit zum Selbermachen und beginnen Sie direkt in der Küche mit der Durchführung grundlegender Gen-Editing-Experimente Schalter. Zayner, der Gründer des Unternehmens, hofft, dass die Bereitstellung dieser Werkzeuge in den Händen von Bürgerwissenschaftlern unser kollektives Wissen über DNA enorm erweitern wird.

„Es gibt so viele Menschen da draußen mit all diesem Wissen, Können, Kreativität und Fähigkeiten, die nicht genutzt werden“, sagte Zayner. „Ich habe irgendwo gelesen, dass es derzeit über 7 Millionen Hobby-Computerprogrammierer auf der Welt gibt – was verrückt ist, wenn man bedenkt, dass es 1970 kaum genug gab, um eine Garage zu füllen. Aber wenn es um Gentechnik und DNA geht, beschäftigen wir uns schon länger oder zumindest so lange damit Schon seit es Computer gibt, gibt es wahrscheinlich nur ein paar tausend Hobby-Wissenschaftler Experimente. Das ist es, was ich ändern möchte. Wo wäre unsere medizinische Welt, wenn es 7 Millionen Hobbybiologen gäbe?“

Die regenerative Medizin wird erwachsen

Im Jahr 1981 gelang zwei britischen Wissenschaftlern ein gewaltiger Durchbruch. Zum ersten Mal überhaupt gelang es ihnen, embryonale Stammzellen in einem Labor zu züchten. Stammzellen – der Zellkitt, aus dem alle Gewebe des Körpers bestehen – haben eine nahezu endlose Liste von potenziellen medizinischen Anwendungen, und seit ihrer Entdeckung singen Wissenschaftler darüber lobt. Seit Jahren wird uns gesagt, dass die Stammzellforschung eine Zukunft einläuten wird, in der wir Gewebe, Organe und sogar ganze Gliedmaßen nachwachsen lassen können. Doch obwohl wir ihr Potenzial schon lange kennen, haben wir erst vor kurzem herausgefunden, wie wir Stammzellen wirklich zu unserem gemeinsamen Vorteil nutzen können.

Die Sache ist die, dass wir unterwegs auf ein paar Hindernisse stoßen. Nachdem 1981 erstmals Mäusestammzellen kultiviert wurden, dauerte es weitere 18 Jahre, bis es Wissenschaftlern gelang, menschliche embryonale Stammzellen zu isolieren und in einem Labor zu züchten. Als dies schließlich geschah, wurde es allgemein als monumentale Errungenschaft anerkannt – doch diese neue Technologie stieß bei den Regulierungsbehörden nicht auf offene Ohren.

Im Jahr 2001 verhängte die Bush-Regierung lähmende Beschränkungen für die Finanzierung der Forschung an menschlichen Stammzellen in den USA mit der Begründung, dass die Schaffung von Stammzellen Zellen erforderten die Zerstörung eines menschlichen Embryos (Debatten über Abtreibung und darüber, wo das Leben beginnt und wo nicht, waren damals sehr umstritten Zeit). Dies hat den Fortschritt in anderen Teilen der Welt jedoch nicht verhindert. Im Jahr 2006 entwickelte ein japanischer Wissenschaftler namens Shinya Yamanaka eine Möglichkeit, embryonenähnliche Zellen herzustellen aus erwachsenen Zellen – wodurch die Notwendigkeit vermieden wird, einen Embryo zu zerstören, um einen verwendbaren, vielseitigen Stamm herzustellen Zellen.

Stammzellen bieten Wissenschaftlern die Möglichkeit, Gewebe zu regenerieren, von dem man annahm, es sei für immer verloren. (Kredit: Juan Gärtner/123RF)

Von diesem Zeitpunkt an wuchs die Stammzellenforschung wie, nun ja, Stammzellen. Drei Jahre nach Yamanakas Umgehungslösung für pluripotente Stammzellen im Jahr 2006 hob die Obama-Regierung die 2001 von der Bush-Regierung auferlegten Finanzierungsbeschränkungen für die Stammzellenforschung auf. Plötzlich öffneten sich die Schleusen und seitdem gab es praktisch jedes Jahr einen großen Durchbruch in der regenerativen Medizin.

Im Jahr 2010 verwendeten Wissenschaftler erstmals menschliche embryonale Stammzellen zur Behandlung einer Person mit einer Rückenmarksverletzung. Im Jahr 2012 wurden sie erfolgreich in einem eingesetzt anderer Versuch zur Behandlung einer Frau mit altersbedingter Makuladegeneration. Und die Durchbrüche kommen immer weiter. Bisher wurden stammzellbasierte Therapien eingesetzt (oder werden untersucht) bei: Diabetes, Parkinson-Krankheit, Alzheimer, Reparatur traumatischer Hirnverletzungen, Nachwachsen von Zähnen, Reparatur des Gehörs, Wundheilung und sogar die Behandlung bestimmter Lernprozesse Behinderungen.

In den letzten Jahren haben Forscher sogar damit begonnen, Möglichkeiten zu erforschen, Stammzellen in Verbindung mit zu verwenden additive Fertigungsmethoden – aus denen die Spitzentechnik namens 3D hervorgegangen ist Bioprinting. Durch den Einsatz von 3D-Druckern zur Herstellung von Gerüsten, auf denen Stammzellen gepflanzt werden können, haben Wissenschaftler große Fortschritte bei der Züchtung neuer Gliedmaßen, Gewebe und Organe außerhalb des menschlichen Körpers gemacht. Die Hoffnung ist, dass wir eines Tages den Punkt erreichen, an dem wir Ersatzteile auf diesen Maschinen drucken können und dann Transplantieren Sie sie anschließend, wodurch unsere Abhängigkeit von Organen, Gliedmaßen und Gewebe verringert oder ganz beseitigt wird Spender. Diese Technik steckt zu diesem Zeitpunkt noch in den Kinderschuhen, ist aber auch ein wunderbares Beispiel dafür, wie Naturwissenschaften es mögen Die Biologie kann mit technologischen Entwicklungen außerhalb der traditionellen Grenzen verschmelzen und von ihnen profitieren Medizin.

Das Goldene Zeitalter der Neurowissenschaften

Im Jahr 2014, als der renommierte Physiker und Zukunftsforscher Michio Kaku berühmt gesagt dass „wir in den letzten 10 bis 15 Jahren mehr über das denkende Gehirn gelernt haben als in der gesamten Menschheitsgeschichte“, er hat die Wahrheit nicht übertrieben. Das fleischige Bündel elektrisch pulsierender Neuronen in unserem Schädel gibt Wissenschaftlern seit Jahrhunderten Rätsel auf – aber zum großen Teil ist es ihm zu verdanken Dank der Fortschritte in der Computer-, Sensor- und Bildgebungstechnologie hat sich unser Verständnis des menschlichen Gehirns in den letzten Jahren dramatisch erweitert Jahre.

Eine Vielzahl neuer Bildgebungs- und Scantechnologien, die im Laufe der letzten Jahrzehnte entwickelt wurden, haben es Wissenschaftlern ermöglicht, das Gehirn wie nie zuvor zu beobachten. Wir können jetzt Gedanken, Emotionen, Hot Spots und tote Zonen im lebenden Gehirn sehen und dann mit der Entschlüsselung dieser Gedanken mithilfe leistungsstarker Computer beginnen.

Dies hat enorme Auswirkungen auf die Zukunft der Medizin. Psychische Erkrankungen und neurologische Beeinträchtigungen sind die Hauptursache für Behinderungen in den USA und vielen anderen Industrieländern. Laut der National Alliance on Mental Illness leidet etwa jeder fünfte Mensch an irgendeiner Art von psychischem Gesundheitsproblem. Aber dank einer Reihe neuer Technologien, die im letzten Jahrzehnt zum Tragen kamen, lernen wir schnell, wie man behandelt alles von neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer und ALS bis hin zu rätselhafteren Erkrankungen wie Autismus und Schizophrenie.

Eine besonders vielversprechende Entwicklung, die kürzlich aufkam, ist die Einführung der Optogenetik – einer Technik, die es Wissenschaftlern ermöglicht, einzelne Neuronen mit Licht ein- oder auszuschalten. Bevor diese Methode perfektioniert wurde, waren Standardverfahren zum Aktivieren oder Stummschalten neuronaler Netze relativ grob. Um beispielsweise zu bestimmen, welche Gruppe von Neuronen Mäusen beim Navigieren durch Labyrinthe hilft, würden Wissenschaftler diese einfügen Führen Sie Elektroden direkt in das Gehirngewebe einer Maus ein, geben Sie ihnen einen kleinen Ruck und stimulieren Sie Tausende von Neuronen auf einmal. Diese Methode war ziemlich ungenau, was das Sammeln nützlicher Daten ziemlich schwierig machte, aber mit der Optogenetik können Wissenschaftler nun lichtempfindliche Moleküle darin platzieren spezifische Gehirnzellen und manipulieren sie einzeln – was es viel einfacher macht, die Rolle zu bestimmen, die ein Neuron (oder ein Netzwerk von Neuronen) bei Verhalten, Emotionen usw. spielt Krankheit.

Die Optogenetik ermöglicht es Wissenschaftlern, Gehirnzellen individuell mit Licht ein- und auszuschalten. (Kredit: Robinson-Labor)

Neurowissenschaftler auf der ganzen Welt haben sich die Technik inzwischen zu eigen gemacht. „Im letzten Jahrzehnt haben Hunderte von Forschungsgruppen die Optogenetik genutzt, um herauszufinden, wie verschiedene Netzwerke von Neuronen zum Verhalten beitragen. Wahrnehmung und Kognition“, sagt Ed Boyden, Professor für Biotechnik am Massachusetts Institute of Technology und Miterfinder von Optogenetik. „Die Optogenetik wird es uns in Zukunft ermöglichen, sowohl zu entschlüsseln, wie verschiedene Gehirnzellen Gefühle, Gedanken und Bewegungen hervorrufen – als auch, wie sie schief gehen können, um verschiedene psychiatrische Störungen hervorzurufen.“

Die Punkte verbinden

Allem Anschein nach waren die letzten 10 Jahre ein Wirbelsturm des medizinischen Fortschritts – aber um zu verstehen, wie sich die Medizin in den nächsten 10 Jahren weiterentwickeln könnte, ist es wichtig, dies zu tun Verstehen Sie nicht nur, wie schnell sich diese einzelnen Medizinbereiche individuell weiterentwickelt haben, sondern auch, wie sie beginnen, zusammenzuwachsen, zu verschmelzen und sich gegenseitig zu befruchten. Alle zuvor diskutierten unglaublichen medizinischen Fortschritte und großen Veränderungen finden nicht im luftleeren Raum statt. Sie sind weder voneinander noch von anderen Fortschritten außerhalb der Welt der Medizin abgeschottet. Vielmehr verschmelzen viele von ihnen auf äußerst synergistische Weise, was letztendlich das Gesamttempo des medizinischen Fortschritts noch weiter beschleunigt.

Ein offensichtliches Beispiel ist die fortschreitende Konvergenz von Computermedizin und mobiler Technologie, die auf zwei verschiedenen Ebenen stattfindet. Auf persönlicher Ebene ermöglichen immer leistungsfähigere Prozessoren (sowie Cloud Computing) Mobiltelefonen dies Erledigen Sie komplexere Aufgaben – wie das Erkennen des Wachstums eines Muttermals – die für medizinische Zwecke genutzt werden können Zwecke. Auf kollektiver Ebene können alle medizinischen Daten, die wir mit unseren Smartphones und tragbaren Sensoren erstellen, genutzt werden, um medizinische Rätsel in großem Umfang zu lösen.

„Die wahre Revolution entsteht nicht dadurch, dass Sie Ihr eigenes sicheres, umfassendes medizinisches Datenlager auf Ihrem Smartphone haben“, sagt Topol, Direktor des Scripps Translational Science Institute. „Es kommt aus der Cloud, wo wir alle unsere individuellen Daten zusammenführen können. Wenn diese Datenflut richtig zusammengestellt, integriert und analysiert wird, bietet sie ein enormes, neues Potenzial auf zwei Ebenen – dem Einzelnen und der Bevölkerung als Ganzes. Sobald alle unsere relevanten Daten erfasst und maschinell verarbeitet werden, um die komplexen Trends und Wechselwirkungen zu erkennen, die niemand allein erkennen könnte, werden wir in der Lage sein, vielen Krankheiten vorzubeugen.“

Und es sind nicht nur Smartphones und Computermedizin, die zusammenwachsen. Eine Vielzahl verschiedener Bereiche und Technologien kommen zusammen – darunter unter anderem Neurowissenschaften, Genbearbeitung, Robotik, Stammzellen, 3D-Druck und viele andere.

Sogar Dinge, die scheinbar etwas getrennt sind – wie DNA-Sequenzierung und Neurowissenschaften – kommen zusammen. Schauen Sie sich nur an, wie wir heute die meisten Hirnerkrankungen diagnostizieren. Vor Jahren erforderte die Diagnose neurologischer und psychiatrischer Störungen teure, invasive Verfahren wie Biopsien und Lumbalpunktionen – aber dank Mithilfe moderner DNA-Sequenzierungstechniken, die im Zuge des Humangenomprojekts entwickelt wurden, können wir dieselben Krankheiten nun mit einfachem Blut diagnostizieren prüfen. In diesem Fall haben unsere Kenntnisse der Genetik dazu beigetragen, unsere Kenntnisse der Neurowissenschaften voranzutreiben – und genau das ist es Kreuzbestäubung, die immer häufiger auftritt, da verschiedene Bereiche der Medizin und Technologie immer fortschrittlicher werden.

Ich zahle für die Gesundheit, nicht für die Behandlung

Tatsache ist, dass all diese medizinischen und technologischen Fortschritte nicht nur miteinander verbunden sind, sondern auch auf unerklärliche Weise mit Dingen wie Politik, Gesetzgebung, Wirtschaft und sogar Tradition verknüpft sind. Nicht alles bewegt sich mit der rasanten Geschwindigkeit von Wissenschaft und Technologie, während der Fortschritt in der Medizin wahrscheinlich weiterhin rasant voranschreitet Obwohl die Geschwindigkeit immer schneller zunimmt, ist es auch wichtig zu bedenken, dass die Einführung neuer medizinischer Techniken möglicherweise nicht immer so erfolgt schnell.

Eine besonders große Hürde bei der Umsetzung ist das derzeitige Gebührenmodell, das in den meisten Gesundheitssystemen zum Einsatz kommt. In einem solchen System erhalten Ärzte eine Vergütung für jede von ihnen erbrachte Leistung – sei es ein Arztbesuch, ein Test, ein chirurgischer Eingriff oder jede andere Art von Gesundheitsdienstleistung. Dieses Modell führt zu einer Art Interessenkonflikt, da es Anreize für den Einsatz von Behandlungen schafft und nicht unbedingt die Gesundheit der Menschen erhält.

Wie Dr. Daniel Kraft, Gründungsgeschäftsführer und Lehrstuhlinhaber für Exponentielle Medizin an der Singularity University, sagte: erklärt, dass dieses strukturelle Problem den Übergang zu einer technologisch fortschrittlicheren Medizin effektiv behindert Praktiken Methoden Ausübungen.

„Ich bin Kinderarzt“, erklärt er, „wenn ich also einen Teil meines Geldes damit verdiene, Kinder mit Ohrenentzündungen zu behandeln, kann ich sie jetzt damit nach Hause schicken.“ eine App und ein digitales Otoskop – aber das kann ich nicht in Rechnung stellen – ich werde keinen Anreiz haben, dieses neuere, effektivere zu verwenden Technologie."

Das Oto von CellScope nutzt die Kamera Ihres Smartphones, um in das Innenohr zu blicken und die resultierenden Bilder an einen Arzt zu senden. (Kredit: CellScope

Das ist ein großes Problem, aber sicherlich keins, das nicht gelöst werden kann. Eine Sache, die die Einführung dieser neuen Tools und Methoden wahrscheinlich beschleunigen wird, ist die Umstellung auf sogenannte „Werteorientierte Pflege.“ Wie Kraft es ausdrückt: „Ärzte in einem solchen Gesundheitssystem würden dafür bezahlt, dass sie Sie behalten gesünder. Ihr Anreiz besteht darin, Sie nach Ihrer Entlassung vom Krankenhaus fernzuhalten, und nicht darin, für weitere Eingriffe oder Biopsien bezahlt zu werden Rezepte.“ In einem wertebasierten Gesundheitssystem erklärt er: „Ärzte und Gesundheitsteams erhalten möglicherweise Prämien, wenn Patienten dies tun.“ bessere Blutzuckerwerte oder weniger unnötige Notaufnahmebesuche, oder ihr Blutdruck wird mithilfe vernetzter Blutdruckmessungen überwacht Manschetten.“

Der Übergang von unserem aktuellen Gebührenmodell zu einem wertebasierten Pflegesystem wird wahrscheinlich nicht über Nacht erfolgen – aber er geschieht. Eine Handvoll großer medizinischer Organisationen, wie Kaiser Permanente und The Mayo Clinic, haben begonnen, sich dafür einzusetzen Dieses Modell und die wachsende Verfügbarkeit moderner Technologien zur Gesundheitsüberwachung drängen immer mehr auf den Wandel mehr.

„Datenmodelle verändern sich“, sagt Kraft. „In zehn Jahren wird der Großteil der Gesundheitsversorgung ergebnisorientiert bezahlt werden – auch einige medizinische Leistungen Geräte, Apps und andere Tools werden nur dann bezahlt, wenn sie funktioniert haben, und nicht nur, weil ein Arzt es verschrieben hat ihnen. Wenn das Teil meiner Pflege ist und ich für bessere Ergebnisse oder niedrigere Gesundheitskosten belohnt werde, werde ich diese neueren, hochtechnologischeren Instrumente viel eher annehmen.“

Was ist um die Ecke?

Bedenken Sie also das exponentielle Tempo des Fortschritts in Bereichen wie der Genbearbeitung, die gegenseitige Befruchtung verschiedener Bereiche und die Hindernisse hält uns davon ab, neue Technologien so schnell einzuführen, wie sie Fortschritte machen – mit welchen Veränderungen sollten wir in den nächsten zehn Jahren in der Medizin rechnen? Jahre?

Die wohl am leichtesten verdauliche Antwort auf diese Frage stammt von Dr. Leroy Hood und seiner Idee der P4-Medizin, in der die Ps für prädiktiv, präventiv, personalisiert und partizipativ stehen.

Im Laufe des nächsten Jahrzehnts wird die Medizin immer prädiktiver werden. Da immer mehr Menschen die Möglichkeit nutzen, Gesundheitsdaten aufzuzeichnen und zu verfolgen, und da der Umfang dieser Daten immer größer wird Da unsere Fähigkeit, diese Daten zu analysieren, immer besser wird, werden wir in der Lage sein, einer breiten Palette unterschiedlicher Daten zuvorzukommen Krankheiten. Heute haben wir eine App, die Ihnen sagen kann, wann bei einem Muttermal das Risiko besteht, dass es sich zu einem bösartigen Melanom entwickelt. Morgen werden wir Apps haben, die Gangmuster analysieren, um die frühen Anzeichen von Multipler Sklerose zu erkennen oder auf Ihre zurückzublicken Informieren Sie sich über Ihre Essgewohnheiten in den letzten drei Jahren und teilen Sie Ihnen (natürlich mit einer freundlichen Benachrichtigung) mit, dass Sie auf dem richtigen Weg sind Diabetes.

Diese Vorhersagefähigkeiten basieren natürlich auch auf der Vorstellung, dass die Medizin in den nächsten Jahren zunehmend partizipatorisch werden wird. Mit fortschreitender Technologie werden Patienten eine aktivere Rolle in ihrer eigenen Gesundheitsversorgung spielen und mit Ärzten zusammenarbeiten, anstatt nur Anweisungen entgegenzunehmen.

„In 10 Jahren“, sagt Kraft, „hoffe ich, dass Sie bereits Ihre letzten Vitalfunktionen hochgeladen haben – von Ihrer Uhr oder Ihrem Matratze, Ihr Blutdruckmessgerät oder Ihr Blutzuckermessgerät – in Ihre elektronische Krankenakte, über die Ihr medizinisches Team verfügt Zugriff auf. Und das bedeutet hoffentlich, dass Ihr medizinisches Team die Vitalfunktionen nicht überwachen muss, aber wenn etwas nicht stimmt und das Wenn die Maschine und die Vorhersagen erkennen, dass ein Problem vorliegt, kann sich Ihr Gesundheitsteam – oder Ihr digitaler Avatar – mit Ihnen in Verbindung setzen früh. Ich hoffe, dass viel mehr Patienten mehr Möglichkeiten haben, wenn nicht der CEO ihrer eigenen Gesundheit, dann zumindest der COO zu sein – und das sind sie auch Sie überwachen ihre Gesundheit auf intelligentere Weise und sind mehr Co-Piloten in ihrer Obhut, anstatt nur darauf zu warten, was zu tun und zu tun ist reaktiv.“

Letztendlich wird dieser Übergang zu einem stärker partizipatorischen, personalisierten und vorausschauenden Medizinsystem unsere Fähigkeit verbessern, Krankheiten von vornherein zu verhindern. Wenn sich Ihr Diät-Tracking-Armband mit Ihrem intelligenten Kühlschrank synchronisieren und feststellen kann, dass Sie Lebensmittel mit hohem Natriumgehalt gegessen haben, ist Ihr Ein KI-gestützter digitaler Gesundheitsassistent könnte Ihnen Ernährungsumstellungen empfehlen, die Ihnen langfristig dabei helfen würden, Herzkrankheiten über Jahre hinweg zu vermeiden später.

Es hört sich komisch an, das zu sagen, aber wenn wir unseren derzeitigen Weg fortsetzen, könnte die nahe Zukunft der Medizin tatsächlich eine Zukunft sein, in der wir keine Medikamente mehr einnehmen müssen.