AUS DEM SPIEGEL
Ausgabe 45/2017

Medizin Wie Microsoft und Google Krebs besiegen wollen

Microsoft und Google haben das Geschäft mit der Gesundheit entdeckt: Mithilfe von Daten und künstlicher Intelligenz wollen sie Medikamente entwickeln und eines Tages den Krebs besiegen. Ist das Träumerei?

Dreidimensionale Computertomografie-Darstellung eines Gehirntumorpatienten
Zephyr / Science Photo Library

Dreidimensionale Computertomografie-Darstellung eines Gehirntumorpatienten

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Tief im Inneren von Gebäude Nummer 99, in einem fensterlosen Raum voller Monitore, kartografiert Ivan Tarapov Prostatatumoren in 3-D und wühlt sich durch immer neue Schnittbilder von Computertomografien, um die passende Strahlentherapie zu planen. Im Labor gleich nebenan kratzt Desney Tan, Experte für medizinische Informatik, Moskitos aus elektronischen Fallen und untersucht sie anschließend auf einen Befall mit dem Zika-Virus und anderen Erregern.

Aber wo sind die weißen Kittel, die Krankenschwestern, die Ärzte?

Statt Patientenbetten drängen sich Serverreihen dicht an dicht, in den Gängen hängen Porträts von Bill Gates. Gebäude Nummer 99, vier Stockwerke hoch, hundert Meter lang und ebenso breit, in einem Tannenwald nahe Seattle, ist keine Klinik, sondern das Forschungshauptquartier von Microsoft.

Tausende Wissenschaftler steckt der Konzern in diesen Tagen in immer neue Forschungsprojekte und noch mal so viele Experten in die Entwicklung neuer Geschäftsmodelle, aber zunehmend weniger geht es dabei um Windows und Word und öfter um Krebs und Stammzellen, um Therapien und Medikamente.

"Es ist so aufregend, so spannend, was in der Medizin passiert, was für eine Entwicklung, meine Güte", sagt Peter Lee, Forschungschef von Microsoft, Professor für Cybersicherheit, und einst ein führender Wissenschaftler des US-Verteidigungsministeriums. Ein nüchterner Informatiker, eigentlich, aber in seiner Stimme schwingt spürbar die Aufregung mit, wenn er sagt: "Die Medizin ist reif für eine Revolution", dank Digitialisierung, dank technischen Fortschritts.

Microsoft ist nicht allein mit dieser Erkenntnis, die Tech-Giganten an der amerikanischen Westküste bewegen sich bei allen großen Entwicklungen längst im Gleichschritt. Auch Google, Amazon, Facebook und Apple sammeln Mediziner, Chemiker, Biologen für neue Abteilungen. Es ist die nächste Weltveränderungsidee im Silicon Valley, dass die Entschlüsselung der Biologie und das Verständnis von Krankheiten am Ende ein Datenproblem sei und deswegen zumindest teilweise von Softwareexperten gelöst werden könne. Alles ist eine Rechenaufgabe, auch der Mensch.

Die Logik geht so: Technologie treibe den Fortschritt rasend schnell voran; die Rechenkraft explodiere; riesige Datenmengen auszuwerten werde jeden Tag leichter; künstliche Intelligenz, die neue Wunderwaffe, mache alles einfacher - Genome in ein paar Minuten für ein paar Hundert Dollar zu sequenzieren, neue Medikamente zu entwickeln, Zellfunktionen zu verstehen.

Und was könnte naheliegender sein, als sich mit diesen immer mächtiger werdenden Instrumenten die Gesundheit vorzunehmen: Mehr als 20 Prozent der amerikanischen Staatsausgaben fließen in das Gesundheitssystem, eine globale Billionenbranche. "Eine enorme Gelegenheit", sagt Tim Cook, der Apple-Chef.

Deswegen arbeiten sie in den Konzernzentralen in San Francisco und Seattle nun an medizinischer Grundlagenforschung: Wie lässt sich Krebs besiegen? Sie arbeiten an medizinischen Geräten: Wie lassen sich Blutwerte, Insulin, Herzschlag rund um die Uhr analysieren? Und sie arbeiten an medizinischer Datenverarbeitung: Wie lassen sich Patienteninformationen, klinische Studien, Forschungsergebnisse maschinell auswerten?

An Geld mangelt es nicht. Amazon investierte 2016 mehr in die Forschung als jeder andere Konzern, und die Google-Mutter Alphabet lag mit rund 14 Milliarden Dollar ebenfalls weit vorn. Google erforscht, wie Algorithmen Hautkrebs auf Fotografien erkennen können, wie Software Depressionen besiegen kann, wie Herzinfarkte dank künstlicher Nanopartikel in den Blutgefäßen vorhergesagt werden können.

Amazons Gesundheitsabteilung erprobt unter dem Codenamen 1492 - die Entdeckung einer neuen Welt - virtuelle Arztbesuche und wie sich medizinische Daten in großem Stil in der Cloud speichern und auswerten lassen. Angeblich will der Konzern auch ins Arzneimittelgeschäft einsteigen.

Facebook-Gründer Mark Zuckerberg finanziert den Aufbau eines "menschlichen Zellatlas": Ein mit 600 Millionen Dollar ausgestattetes Forschungszentrum soll unter anderem alle Zellen kartografieren und damit neue Medikamente ermöglichen.

Der Milliardär und Wagniskapitalgeber Peter Thiel hat einen Investmentfonds namens Breakout Labs gegründet, der immer neue Millionen in Biotech-Start-ups steckt. Der ehemalige Facebook-Präsident Sean Parker hat ein nach ihm benanntes Institut für Krebsimmuntherapie auf den Weg gebracht.

Die amerikanische Arzneimittelzulassungsbehörde FDA startete vor wenigen Wochen ein beschleunigtes Genehmigungsprogramm für neue Technomedizinprodukte, damit die Digitalkonzerne ihre Innovationen deutlich schneller auf den Markt bringen können.

Aber der Strom fließt auch in die andere Richtung. Informatiker, Datenanalytiker, Programmierer strömen zu Pharmafirmen und Unikliniken. Begehrt ist, wer beides kann: Computational Biologists, Bioinformatiker, ein boomendes Berufsbild.

Die Welten vermischen sich, doch wer davon am meisten profitieren wird, ist noch nicht klar: die Patienten? Das Gesundheitssystem? Die Pharmaindustrie? Oder die Tech-Giganten?

Healthcare Next nennt Microsoft seinen Vorstoß in die Medizin, und es soll um nicht weniger gehen als darum, "das Gesundheitssystem zu transformieren", sagt Lee. Indem die medizinische Forschung vorangetrieben und die Versorgung der Patienten mit neuen Therapien verbessert wird, Ärzte mit neuen Instrumenten ausgestattet werden und dabei alles billiger werden soll, für die Patienten und den Staat.

Dazu verfolgt der Konzern einige Dutzend Projekte gleichzeitig. Manche davon eher pragmatisch, wie neue Spracherkennungssysteme, die es Ärzten erlauben, ihre Beobachtungen während laufender Untersuchungen dem Computer zu diktieren, statt sie später abzutippen. Andere dagegen sind weit ambitionierter, medizinische Moonshots, die auf eine Zukunft der personalisierten Medizin zielen, in der Diagnose und individuelle Behandlung auf einer Genomanalyse basieren. In dieser Zukunft wird Krebs zwar nicht immer heilbar sein, aber er soll nur noch eine chronische Krankheit sein: behandelbar, zu managen, nicht tödlich.

Lungentumorzellen unter Elektronenmikroskop
Meckes / Ottawa / eye of science

Lungentumorzellen unter Elektronenmikroskop

Innerhalb einer Dekade soll "das Problem Krebs gelöst sein", so haben es sich die Microsoft-Forscher vorgenommen. Sie sprechen von Computing Cancer, den Krebs mit dem Computer zu besiegen: Neue Algorithmen sollen Medizinern helfen, die Ursprünge der Krankheit besser zu analysieren, Maschinenintelligenz soll die Genomanalyse perfektionieren und Medikamentencocktails entwickeln, neue Informatikmethoden sollen dazu führen, den Code von Zellen zu knacken und sie zu programmieren wie eine Software.

Ist das Größenwahnsinn? Träumerei?

Die Microsoft-Projekte werden angetrieben von Fortschritten in der künstlichen Intelligenz (KI). Jahrzehntelang war KI ein beliebtes Thema in Science-Fiction-Geschichten, in der Praxis blieben die Ergebnisse bescheiden. Das hat sich laut Ansicht von Experten grundlegend geändert.

Inzwischen gilt KI "als die größte Transformation der Informatik seit Erfindung des Computers". So sagt es Christopher Bishop, Leiter des Microsoft-Forschungslabors in Cambridge, Informatikprofessor und Fellow der britischen Royal Society. "Im Herzen der Informatik ist etwas Fundamentales passiert: Software wird nicht mehr von Hand entwickelt, sondern entwickelt sich selbst, indem sie aus Daten lernt."

Das klingt banal, aber die Folgen werden in den kommenden Jahren überall zu spüren sein. "Nahezu alle Aspekte unseres Lebens werden sich verändern", sagt Bishop.

Microsoft-Forscher Christopher Bishop
Ed Miller

Microsoft-Forscher Christopher Bishop

Bei Microsoft, Google, Apple stellen sich viele Experten die gleiche Frage: Wie lassen sich diese neuen datenfressenden Softwaremaschinen dafür einsetzen, die Gesundheitswelt zu revolutionieren?

Das ist die Aufgabe von Hoifung Poon, promovierter Informatiker und Grundlagenforscher. Er sagt oft solche Sätze: "Medizin ist zu ungenau, mit intelligenten Maschinen kann sich das endlich ändern." Poon leitet das Project Hanover, dessen Ziel es ist, künstliche Intelligenz für Präzisionsmedizin zu entwickeln.

Als ersten Schritt will Microsoft Maschinen das Lesen beibringen, so, dass sie den Text auch verstehen, weil das meiste medizinische Wissen in Texten steckt: Auf Milliarden Seiten wissenschaftlicher Literatur sind endlose Informationen zu biologischen Prozessen, therapeutischen Mechanismen und klinischen Studien begraben.

Aktuell enthält die größte Datenbank rund 27 Millionen medizinische Abhandlungen, die bereits digital zugänglich sind. Es laufen weltweit mehrere Tausend neue Krebsstudien, deren Ergebnisse öffentlich publiziert werden.

Aber wer kommt da noch mit? "Nur Maschinen", sagt Poon.

Die maschinelle Unterstützung soll es Ärzten künftig leichter machen, individuelle, präzisere Therapien zu entwickeln. Insbesondere in der Krebstherapie werden durch die Genomanalyse zunehmend personalisierte Behandlungen möglich. Allerdings bislang nur für einen Bruchteil von Patienten, da der Aufwand enorm ist. Oft müssen gleich ein Dutzend Spezialisten einen Behandlungsplan entwerfen und dazu alle wissenschaftlichen Entwicklungen im Blick haben. Doch längst sind noch nicht alle Therapien ausgereift.

Um das Problem zu illustrieren, zeigt Poon ein Foto von einem Hautkrebspatienten, dessen ganzer Körper mit Tumoren überzogen ist. Im nächsten Bild sind die Tumoren fast gänzlich verschwunden, das Ergebnis einer personalisierten Krebstherapie. Im dritten Bild aber sind die Tumoren zurück, wenige Wochen nach der Therapie mutierte der Krebs.

Zunehmend setzten Ärzte deswegen darauf, den mutierenden Krebs mit immer neu angepassten Medikamentencocktails zu behandeln. Aber wie lassen sich die richtigen individuellen Kombinationen finden? Für Millionen Patienten? Derzeit sind rund 200 Wirkstoffe gegen Krebs zugelassen, über 1200 Medikamente sind in der klinischen Entwicklung. Allein eine Doppelkombination ergibt schon Hunderttausende Möglichkeiten, eine Dreifachkombination fast 300 Millionen.

Der bisherige Ansatz der Pharmaindustrie, eine Kombination nach der anderen zu testen, erscheint da hoffnungslos ineffizient. Poon sieht darin den "Flaschenhals", den nun die Maschinen zumindest deutlich erweitern sollen. Intelligente Software, mit den genomischen Daten des Patienten und seiner Krebsart gefüttert, durchsucht die medizinische Literatur und macht schließlich Vorschläge, welche Medikamentenkombination die besten Erfolgschancen hat. "So lassen sich hoffentlich neue Therapien in Monaten, nicht Jahrhunderten finden", sagt Poon.

Ob sich diese Hoffnung erfüllen lässt, erprobt Microsoft gerade in einem Pilotprojekt mit dem Knight Cancer Institute in Oregon. Die Ärzte dort suchen bereits seit Jahren nach einer neuen Kombinationstherapie für Leukämie. Die vorhandenen Medikamente machen 11.026 Kombinationen möglich, davon wurden 102 in den vergangenen zwei Jahren getestet. Die Microsoft-Maschine durchsucht auf einen Schlag die verbleibenden 10.000 Kombinationen und macht den Onkologen Vorschläge für vielversprechende Cocktails, die sie nun erproben.

Für Microsoft soll das nur der Beginn einer neuen Welt von Mensch-Maschine-Kollaborationen sein, um mittelfristig die gesamte Medizin zu verändern. "Unser Ziel ist, Systeme zur Entscheidungshilfe zu bauen", sagt Poon. "Maschinen, die alle möglichen Datenquellen auswerten um Experten Empfehlungen zu geben, und dann aus der Interaktion mit dem Menschen immer mehr dazulernen."

Ferne Zukunftsmusik?

Ein KI-System von IBM hat vor Kurzem die DNA-Sequenzierung eines Gehirntumors korrekt und schneller interpretiert als ein ganzes Team menschlicher Experten. Ärzten fällt es schwer, Autismus bei Säuglingen zu diagnostizieren, weil die Symptome erst später klar erkennbar sind, aber ein neues KI-System kann Anzeichen bereits in Gehirnscans von sechs Monate alten Babys identifizieren. Die Stanford University hat ein lernendes Maschinensystem entwickelt, das Herzprobleme besser aus einem Langzeit-EKG ablesen kann als Kardiologen.

Radiologen verwenden oft Stunden darauf, auf CT-Scans die Ränder von Tumoren nachzuzeichnen, damit bei Bestrahlungstherapien nur der Krebs beschossen wird und nicht das umliegende Gewebe. Eine intelligente Software, entwickelt von Microsoft-Forschern, schafft das in Minuten.

Die Maschine als Arzthelfer - die Möglichkeiten scheinen endlos, zumindest in den Planspielen der Softwareingenieure. Wo immer Software effizienter und schneller sein kann, wo sie Forscher und Ärzte von Routineaufgaben befreien kann, soll sie zum Einsatz kommen.

Die Microsoft-Manager betonen immer wieder, dass es nicht darum gehe, den Arzt zu ersetzen. Die Maschine solle "das Triviale eliminieren und die Arbeitsbelastung verringern", sagt Hadas Bitran, Expertin für künstliche Intelligenz in Microsofts israelischer Niederlassung. Sie bringt Maschinen bei, sich zu unterhalten. Ihre Abteilung hat einen virtuellen Gesundheitsassistenten entwickelt, den zahlreiche Krankenhäuser bereits erproben.

Patienten können bei Beschwerden über die Website mit der Klinik chatten, doch es antwortet keine Krankenschwester, sondern ein Computer. Die Maschine ist gefüttert mit den Aufnahmeprotokollen und greift auf allerlei medizinische Datenbanken zu. Auf Wunsch auch auf die digitale Patientenakte des Hausarztes.

Die Anwendung funktioniert umso besser, je mehr sie auf persönliche Daten zugreifen kann. Das gilt grundsätzlich für die digitale Zukunftsmedizin. Sie wird angetrieben durch eine Datenflut aus DNA-Analysen, kompletten Krankenakten und zunehmend größeren Informationsschätzen aus klinischen Studien und Forschungsprojekten.

Microsoft hat eine Online-App entwickelt, Healthvault, das Gesundheitsschließfach, speziell um alle möglichen sensiblen medizinischen Daten zentral in der Cloud zu speichern, seien es offizielle Arztberichte oder nur die Schrittzählerdaten von der Apple Watch. Einzelne Datensätze können dann etwa für Ärzte oder Versicherungen freigegeben werden. Google und Amazon haben ähnliche Anwendungen entwickelt.

Die Tech-Konzerne setzen darauf, dass Patienten, die ihre Fotos und E-Mails bei ihnen speichern, auch ihre Röntgenbilder am selben Ort ablegen. Das ist einfach und praktisch, was den Konsumenten in der digitalen Welt am Ende immer am wichtigsten war. Die Datenkraken Google und Facebook werden zwar gern angeprangert, aber die Nutzerzahlen steigen immer weiter an.

Microsoft-Forschungschef Peter Lee
Scott Eklund / Red Box Pictures

Microsoft-Forschungschef Peter Lee

Die Konzerne beeilen sich vorab zu versichern, dass sie aus vergangenen Fehlern im Umgang mit Datennutzung und Datensicherheit gelernt hätten. Dass es, ganz im Gegenteil, heutzutage keinen besseren Ort gebe, um Daten zu verwahren als bei ihnen, den Experten für Datensicherheit. "Wir haben zwei grundsätzliche Überzeugungen: Die Menschen sollen ihre medizinischen Daten selbst besitzen, und sie müssen in der Lage sein, Zugang zu diesen Daten zu gewähren und wieder zurückzunehmen", sagt Peter Lee, der Microsoft-Forschungschef.

Wer aber will wirklich sein ganzes Leben in die Hände eines einzelnen Konzerns legen? Was, wenn die Konten gehackt werden? Und was genau passiert hinter den Kulissen mit den Daten?

Andererseits: Nur wenn Ärzte schnellen, vollen Zugriff auf alle Informationen haben, wenn die lernenden Maschinen ausreichend gefüttert werden, wenn immer mehr Daten produziert und zugänglich gemacht werden, können auch die großen Versprechen der Technomedizin eingelöst werden - personalisierte Therapien, neue Medikamente, ein gesünderes Leben. Lohnt es sich, dafür seine Daten zu opfern?

Solche Fragen werden sich um so dringlicher stellen, die Debatten heftiger werden, je weiter der Fortschritt Medizin und Biologie vorantreibt. Längst verfolgen die Tech-Konzerne noch weit größere Visionen, noch futuristischer, "superambitioniert", sagt Lee. Was, wenn die menschliche Biologie wie Software zu programmieren wäre und DNA zu bearbeiten wie ein Computerprogramm? Microsoft hat dafür eine eigene Abteilung.

Die Biological Computation Group im britischen Cambridge verfolgt die Idee, dass biologische Prozesse am Ende auch nur Informationsverarbeitungsprozesse seien. Wenn man weiß, wie man Computer programmiert, kann man dann lernen, Zellen zu programmieren?

Forschern der Stanford University gelang es bereits, reguläre Zellen umzuprogrammieren, und Microsoft arbeitet nun daran, den Prozess zu verfeinern, denn der Gewinn könnte groß sein: Stammzellentherapie, die nicht auf Embryonen angewiesen ist, ohne ethische Konflikte. Oder nur mit neuen?

Die Microsoft-Forscher sind sich sicher: Wenn sich herausfinden lässt, wie Zellen Entscheidungen treffen, wie ihre Algorithmen funktionieren, dann lässt sich auch eine Programmiersprache finden, um Zellen zu steuern. Am Ende könnte ein molekularer DNA-Computer stehen, der Krebs in einer Zelle erkennt und ihr den Selbstmord befiehlt. Eine Art Doktor direkt in der Zelle, "spekulativ, aber sehr vielversprechend", sagt Chris Bishop, der Leiter des Labors in Cambridge.

Die Vordenker der Tech-Konzerne wollen sich nicht festlegen, wie schnell sich ihre großen Visionen durchsetzen werden. Aber dass eine neue Welt kommen wird, daran zweifeln sie nicht. "Die Gesundheitssysteme ächzen unter dem Druck, vieles ist ineffizient, wir brauchen neue Ansätze", sagt Bishop. "Die Zeit ist reif für die digitale Transformation der Gesundheit hin zu einer datengetriebenen Welt."



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