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Virtuelle Doppelgänger können lebensrettend sein

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Virtuelle Doppelgänger können lebensrettend sein
Copyright  CompBioMed & Barcelona Supercomputing Center
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Stellen Sie sich vor Ihnen steht eine riskante Operation bevor und der Eingriff könnte zuerst an ihrem virtuellen Doppelgänger getestet werden, um Risiken zu vermeiden. Ihr digitaler Zwilling besteht nicht aus Fleisch und Blut, sondern aus bits and bytes, der ihren Herzschlag und Ihre DNA abbildet.

Wissenschaftler sind davon überzeugt, dass der virtuelle Mensch einen weitreichenden Einfluss auf die Medizin haben und das Gesundheitswesen revolutionieren könnte.

Das ehrgeizige, von der Europäischen Union finanzierte CompBioMed-Exzellenzzentrum am University College London wird von Prof. Peter Coveney geleitet:

"Es besteht kein Zweifel, dass der virtuelle Doppelgänger Leben retten wird: Weil er eine Diagnose vorhersagen kann, bevor sie eintritt", sagt der Projektkoordinator.

"Wir bauen den virtuellen Menschen Schritt für Schritt. Das ist revolutionär, weil man ihn als System versteht, man betrachtet den Patienten als ganze Person", erklärt Andrea Townsend-Nicholson, Professorin für Biochemie & Molekularbiologie, University College London.

Kombination verschiedener Verfahren

Die Forscher kombinieren organspezifische Daten wie Röntgen-, MRT- oder CT-Scans mit genomischen und anderen Informationen, die zur Erstellung des personalisierten virtuellen Avatars beitragen. Andrea Townsend-Nicholson zeigt ein Beispiel am Computer:

"Wenn wir uns beispielsweise diese Frau hier anschauen, sehen wir alle möglichen Körpersysteme: Sie stammen von Daten, die in einen Computer eingegeben werden, von der DNA-Grundlage bis hin zu ihrem Skelett."

Um Organe wie das virtuelle Herz zum Leben zu erwecken, haben die Wissenschaftler viele Programme und Algorithmen entwickelt. Peter Coveney zeigt ein virtuelles Herz:

"Es erfasst alle Details des Herzens der Person, die wir gerade anschauen. Sie können dann vor der Operation verwendet werden, bei Problemen wie Herzrhythmusstörungen und Herzinfarkten, sodass der Chirurg eine Operation vorplanen und sie bestmöglich ausführen kann."

Supercomputer für rechnergestützte Biomedizin

Etwas so Vielschichtiges wie einen menschlichen Körper virtuell darzustellen, erfordert enorme Rechenleistung.

Am Leibniz-Rechenzentrum der Bayerischen Akademie der Wissenschaften werden modernste Computersimulationen durchgeführt. Der Super MUC-NG ist der leistungsstärkste Supercomputer Deutschlands.

Prof. Dieter Kranzmüller, Leiter des Leibniz Rechenzentrums (LRZ) der Bayerischen Akademie der Wissenschaften: "Supercomputer werden dafür eingesetzt, um sehr große Modellierungen und Simulationen durchzuführen. Die Rechenleistung, die unser SuperMUC heute hat, haben wir in 20 Jahren auf dem iPad oder auf dem Mobiltelefon. Wir versuchen heute zu simulieren, was wir für personalisierte Medizin in 15, 20 Jahren direkt vor Ort im Krankenhaus benötigen."

Wissenschaftler können beispielsweise den Fluss der roten Blutkörperchen in den Venen sichtbar machen, so Gerald Mathias, Manager Application Support am LRZ:

"Wir haben große Modelle von Arterien, wo man sich anschaut, wie fließen die Blutzellen durch, wo sind Engstellen. Es kommt auch immer darauf an, die Daten zu visualisieren und darzustellen, die man aus so einer Rechnung bekommt."

Gesundheitsprobleme bekämpfen

Das virtuelle Doppelgänger-Projekt hat das Ziel, alle Gesundheitsprobleme einschließlich Covid-19 zu bekämpfen. Außerdem will man die Menschen dabei unterstützen, gesund zu leben. Peter Coveney ist überzeugt davon, "dass der virtuelle Mensch entscheidend für die Medizin im 21. Jahrhundert und darüber hinaus ist."

Das Ziel, einen echten digitalen Doppelgänger zu entwerfen und den virtuellen Menschen als Ganzes zum Leben zu erwecken, wird Wissenschaftler noch lange beschäftigen.