Mehr Erfolg bei Nierentransplantationen dank KI-gestützter Präzisionsmedizin
Für Menschen mit Nierenerkrankungen im Endstadium kann eine Organtransplantation die beste Hoffnung auf Genesung bedeuten. Ungeachtet medizinischer Fortschritte wie etwa immunsuppressiver Arzneimittel werden dennoch etwa 10 % der Nierentransplantate innerhalb des ersten Jahres abgestoßen, wie Maud Racapé vom französischen Nationalinstitut für Gesundheit und medizinische Forschung(öffnet in neuem Fenster) berichtet. „Da derart viele Faktoren eine Rolle spielen, ist es schwierig, eine Abstoßung vorherzusagen“, sagt Racapé, Koordinatorin des Projekts EU-TRAIN(öffnet in neuem Fenster). „Bei unserem EU-TRACER-Instrument dienen relevante klinische, immunsystemische, genetische und Biomarker-Daten der Quantifizierung individueller Risiken.“ EU-TRACER ist über eine sichere webbasierte Schnittstelle zugänglich und unterstützt die Fachleute in der Klinik dabei, Patientinnen und Patienten in Echtzeit in Bezug auf frühe Anzeichen einer Abstoßung sowie ein hohes oder geringes Komplikationsrisiko zu bewerten, um unnötige invasive Eingriffe zu vermeiden. „Die Einbeziehung von nichtinvasiven Biomarkern und Genexpressionsdaten in die Behandlungsparameter könnte die Vorhersagegenauigkeit um etwa 30 % verbessern“, fügt Racapé hinzu.
Multidimensionale Daten zur Risikostratifizierung
Das Team von EU-TRAIN kombinierte eine bereits vorhandene Datenbank mit über 5 000 Nierentransplantierten mit neuen, anhand von zwei Patientenstudien gewonnenen Daten. In der ersten Studie wurden mithilfe von maschinellen Lernverfahren und fortgeschrittener statistischer Modellierung Tausende Datenpunkte von 554 Patientinnen und Patienten analysiert, um nachzuprüfen, ob sowohl neue als auch bereits ermittelte Biomarker hilfreich sind, um Transplantatabstoßungen vorhersagen zu können. „Viele der geprüften Biomarker, die auf zuvor veröffentlichten Ergebnissen(öffnet in neuem Fenster) beruhen, verbesserten die Vorhersage von Abstoßungsreaktionen im Vergleich zur Standardüberwachung nicht signifikant, woraus die Bedeutung von Praxistests ersichtlich ist“, merkt Racapé an. „Ausnahmen bildeten CD4, ein Protein, das andere Immunzellen aktiviert, sowie sogenannte ‚zirkulierende Anti-HLA-DSA‘, Blutantikörper, die Proteine transplantierter Organe angreifen.“
KI-gestützte Präzisionsmedizin anwenden
Diese Ergebnisse bildeten die Grundlage für die zweite Studie, in der das KI-gestützte EU-TRACER-Werkzeug erprobt wurde, um festzustellen, ob die Anzahl der innerhalb des ersten Jahrs nach der Transplantation durchgeführten Biopsien mithilfe einer Biomarker-gestützten Überwachung auf sichere Weise reduzierbar ist. Der Algorithmus des Instruments, der sich auf ausgewählte, zur Vorhersage von Abstoßungsreaktionen relevante klinische, biologische und immunologische Parameter einschließlich eines neuen vielversprechenden nichtinvasiven Biomarkers stützt, der als von Spendern stammende zellfreie DNA (dd-cfDNA) bezeichnet wird, wurde bei 342 neu Nierentransplantierten angewandt. „Nun fasst der Algorithmus die aussagekräftigsten Parameter zusammen, anstatt dass die Ärztinnen und Ärzte einzelne Patientenakten durchsehen müssen“, erklärt Racapé. Im Vergleich zu einer Kontrollgruppe mit standardgemäßer Verträglichkeitsüberwachung wurden in der EU-TRACER-Gruppe 64 % der Biopsien abgesagt. Die Raten für Abstoßung, Nierenfunktion, Verlust des Spenderorgans und Tod ähnelten sich in beiden Gruppen. „Diese Ergebnisse beweisen, dass das EU-TRACER-Werkzeug auf sichere Weise eingesetzt werden kann, um invasive Protokollbiopsien zu vermeiden“, erläutert Racapé.
Übergang von Forschung zum klinischen Einsatz
Angesichts der Tatsache, dass von chronischen Nierenerkrankungen mehr als einhundert Millionen Europäerinnen und Europäer betroffen sind und diese jährlich Kosten in Höhe von rund 140 Milliarden EUR verursachen(öffnet in neuem Fenster), wird mit EU-TRAIN dazu beigetragen, den dringenden Bedarf an genauerer Diagnostik und wirkungsvollen Behandlungen zu decken. Im weiteren Sinne leistet die Projektarbeit einen Beitrag zu den europäischen Initiativen zu den Fortschritten in der personalisierten Medizin(öffnet in neuem Fenster), um die Gesundheitsversorgung zu verbessern. Das Team erweitert nun die EU-TRACER-Wirkungsstudie, um zu prüfen, ob mit dem Instrument auch Biopsien bei Verdacht auf Organabstoßung vermeidbar sind. In der Zwischenzeit wird EU-TRACER mithilfe von größeren und vielfältigeren Patientenpopulationen weiter validiert werden, wobei neue Biomarker in die Vorhersagemodelle des Werkzeugs einfließen. „Unsere Vision ist es, die Plattform auf andere Organtransplantationen auszudehnen – und bei Herztransplantaten sind wir bereits dabei –, um die datengesteuerte Präzisionsmedizin als Standard in der Transplantationsmedizin zu etablieren“, berichtet Racapé abschließend.
