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Medizin

15. Juli 2019 Personalisierte Medizin: Digitaler Doppelgänger soll optimale Medikation ermöglichen

Forscher der Empa entwickeln bereits jetzt einen digitalen Zwilling, der maßgeschneiderte Therapien ermöglichen soll. Ziel ist es, diesen Avatar anzeigen zu lassen, wie ein Schmerzpatient oder ein Diabetiker individuell behandelt werden muss. Dabei erlaubt der digitale Zwilling auch eine personalisierte Prognose des Therapieverlaufs.
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Personalisierte Medizin

Der Mensch zeichnet sich durch seine Individualität aus. Trotzdem gibt es die eine Tablette gegen Kopfschmerz für jeden oder die Spritze mit Insulin für alle Diabetiker. Je nach Alter, Lebensstil oder genetischem Interieur reagiert der Mensch unterschiedlich auf bestimmte Therapien, was medizinischen Behandlungen Flexibilität abverlangtund sich im Begriff der „personalisierten Medizin“ niederschlägt.

Virtueller Zwilling

Ein virtueller Doppelgänger, der in Echtzeit mit den physiologischen Daten des realen Menschen gefüttert wird, soll die höchstmögliche Individualisierung gewährleisten. Empa-Forschende entwickeln einen digitalen Zwilling der Haut, der eine optimale Behandlung von Schmerzpatienten und Diabetikern ermöglichen soll. „Mit einem In-silico-Doppelgänger können wir präziser auf den individuellen Patienten eingehen“, sagt Thijs Defraeye, St. Gallen.

Individualisierte Therapie

Ziel ist es, Medikamente wie Schmerzmittel und Insulin über intelligente Fasern und Membranen über die Haut in den Körper zu bringen, während Sensoren gleichzeitig die Vitalparameter des Patienten messen. Anhand der Daten trifft der digitale Zwilling Vorhersagen zur individuellen Dosierung und kontrolliert den Therapieerfolg. Nach dem gleichen Prinzip könnte der Doppelgänger in einem nächsten Schritt für die Kontrolle des Heilungsverlaufs von anspruchsvollen Wunden eingesetzt werden. Empa-Forscher haben hierzu bereits einen Smart-Verband mit integriertem Sensor entwickelt.

Non-invasive Mediaktion über die Haut

Defraeye und sein Team streben an, für die Entwicklung der digitalen Zwillinge gleich 2 innovative Forschungsfelder verschmelzen zu lassen: die non-invasive Medikamentengabe über die Haut mit transdermalen Medikamentenpflastern und die Steuerung und Vorhersage des Therapieverlaufs mittels Echtzeit-Modellierung. Dies ist besonders elegant, da die Haut eine geeignete und große Fläche bietet, um Substanzen bis zu einer gewissen Molekülgröße schmerzfrei in den Körper aufzunehmen. Die Dosierung ist bei herkömmlichen therapeutischen Pflastern jedoch kaum steuerbar, da beispielsweise Anteile des Wirkstoffs selbst dann noch aus den Hautschichten in den Körper gelangen, wenn das Pflaster längst entfernt ist. Aktuelle Systeme, die eine Rückmeldung, etwa durch Messungen des Medikaments im Blut, einsetzen, können lediglich im Nachhinein beurteilen, ob möglicherweise zu hoch oder zu tief dosiert wurde. Vorhersagen über den Medikamentenbedarf kann das konventionelle Pflaster jedoch keine liefern.

Präzise steuerbare Dosierung

Ein digitaler Zwilling, der mit Daten von non-invasiven, auf der Haut angebrachten Sensorsystemen gefüttert wird, erlaubt hingegen die exakte und personalisierte Dosierung der Wirkstoffe. Die mathematischen Modellierungen des digitalen Doppelgängers berücksichtigen auch die Hauteigenschaften des Patienten. So lässt sich die exakte Dosis des Medikaments mit einer maßgeschneiderten und zeitabhängigen Ausstoßrate aus dem Pflaster steuern. „Als zusätzlichen positiven Effekt versprechen wir uns, die Dosierung – etwa von Schmerzmitteln – so weit senken zu können, dass die Patienten gerade optimal versorgt sind“, so der Defraeye.

Quelle: Empa - Eidgenössische Materialprüfung- und Forschungsanstalt


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