Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Forscher nutzen KI für die molekulare Tumorklassifizierung und die Prognose bei Patienten mit Dickdarmkrebs

04.07.2019

Für eine zielgerichtete Therapie des kolorektalen Karzinoms benötigen die behandelnden Ärzte Informationen über den molekularen Subtyp des Tumors. Computer könnten dafür digitale Gewebebilder analysieren. Entwickelt hat die Methode ein Forscherteam des Universitätsspitals Zürich und der Universität Oxford.

Dickdarmkrebs ist die dritthäufigste Tumorerkrankung bei Männern und Frauen mit weltweit jährlich rund 1.8 Mio. neuen Fällen, davon circa 4000 in der Schweiz. Operation, Bestrahlung und Chemotherapie sind bewährte Behandlungswege.


Das imCMS Modell kann die molekulare Klassifikation jeder einzelnen Bildregion neuer Patientenproben voraussagen und räumlich lokalisieren. Dieser Prozess dauert wenige Minuten.

Bild: Universitätsspital Zürich

Daneben gibt es eine ganze Reihe von Medikamenten zur zielgerichteten Therapie. Der Einsatz dieser Medikamente ist jedoch mit relevanten Nebenwirkungen verknüpft. Mit genauen Informationen über den molekularen Subtyp des Tumors mittels RNA-Sequenzierung kann die personalisierte Therapie unterstützt werden.

Patientinnen und Patienten mit besonders aggressiven Tumoren können besser erkannt und molekular klassifiziert werden. Das ist allerdings ressourcenintensiv und teuer; die Untersuchung einer Probe kostet über 1000 CHF. Zudem können derzeit bis zu 20 Prozent der Proben nicht abschliessend klassifiziert werden, weil beispielsweise zu wenig Material vorliegt oder die Ergebnisse nicht eindeutig sind.

Weiterentwicklung dank Bildanalyse und künstlicher Intelligenz

Ein Forscherteam unter der Leitung von Prof. Dr. Viktor Kölzer, Institut für Pathologie und Molekularpathologie des Universitätsspitals Zürich, und von Prof. Dr. Jens Rittscher, Institute of Biomedical Engineering der Universität Oxford, hat nun eine massiv günstigere und schnellere Methode entwickelt:

Sie lassen Computer hochauflösende Bilder von histologischen Schnitten mit künstlicher Intelligenz analysieren. So erfahren sie das Genexpressionsprofil des Tumors und erhalten Hinweise darauf, mit welchem Medikament er sich allenfalls behandeln lässt.

Im Gegensatz zum bisherigen Goldstandard – der RNA-Sequenzierung – ist für dieses rein bildgestützte Verfahren kein weiteres Gewebematerial notwendig. Es funktioniert auch an sehr kleinen Gewebefragmenten und erlaubt die Klassifizierung bislang aufgrund technischer Limitationen der Sequenzierung nicht zugänglicher Gewebeproben.

Das Verfahren generiert zudem potentiell deutlich geringere Kosten. Bildgestützte Verfahren haben das Potential, die personalisierte Therapie beim Dickdarmkrebs zu revolutionieren. Doch die neue Technik erfordert eine entsprechende Aufbereitung histologischer Schnitte: «Damit wir künstliche Intelligenz für die Tumoranalyse nutzen können, müssen wir die Pathologie digitalisieren», sagt Kölzer.

Strategisch bedeutsam für die personalisierte Medizin

Im April dieses Jahres hat Kölzer am USZ die Professur für computergestützte Bildanalyse in der Pathologie angetreten. Der erste Lehrstuhl dieser Art in der Schweiz ist von grosser strategischer Bedeutung für die personalisierte Medizin.

Begonnen hat Kölzer die Arbeit am KI-gestützten Verfahren während eines Aufenthalts an der Universität Oxford, wo er im multi-institutionellen Stratification in Colorectal Cancer Consortium breite interdisziplinäre Unterstützung durch Pathologen, Bioinformatiker, Kliniker und Statistiker verschiedenster Institute und Zentren fand.

Für die Studie wurden 1553 Scans von Gewebeschnitten mittels neuester Verfahren maschinellen Sehens und künstlicher Intelligenz mit RNA-Expressionsprofilen, Genmutationen und klinischen Verlaufsdaten analysiert. Publiziert wurde die Studie über diese neue Technik erstmals als Preprint Ende Mai 2019. Nun muss die neue Methode in prospektiven, randomisierten klinischen Studien validiert werden. Noch arbeiten die Pathologen weitgehend analog – doch das könnte sich ändern, selbst in Ländern mit geringeren Ressourcen.

Dazu sagt Kölzer: «Nach der Validierung könnte man die Klassifizierung kolorektaler Tumoren zentralisieren und die Technik verfügbar machen». Scans histologischer Schnitte könnten an universitäre Zentren gesandt, dort ausgewertet und die Resultate auf elektronischem Weg kommuniziert werden. Langfristig könnte die Methode auch bei anderen Tumortypen und sogar bei anderen Erkrankungen zum Einsatz kommen.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. med. Viktor Kölzer
Institut für Pathologie und Molekularpathologie
Universitätsspital Zürich
viktor.koelzer@usz.ch
Telefon + 41 44 255 12 78

Originalpublikation:

Preprint der Studie unter https://doi.org/10.1101/645143
S:CORT consortium https://www.scort.org.uk/

Nathalie Plüss | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.usz.ch
http://www.usz.ch/news/medienmitteilungen/Seiten/Forscher-nutzen-kuenstliche-Intelligenz-fuer-die-molekulare-Tumorklassifizierung.aspx

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Fraunhofer IOSB-AST und DRK Wasserrettungsdienst entwickeln den weltweit ersten Wasserrettungsroboter

Künstliche Intelligenz und autonome Mobilität sollen dem Strukturwandel in Thüringen und Sachsen-Anhalt neue Impulse verleihen. Mit diesem Ziel fördert das Bundeswirtschaftsministerium ab sofort ein innovatives Projekt in Halle (Saale) und Ilmenau.

Der Wasserrettungsdienst Halle (Saale) und das Fraunhofer Institut für Optronik,
Systemtechnik und Bildauswertung, Institutsteil Angewandte Systemtechnik...

Im Focus: A step towards controlling spin-dependent petahertz electronics by material defects

The operational speed of semiconductors in various electronic and optoelectronic devices is limited to several gigahertz (a billion oscillations per second). This constrains the upper limit of the operational speed of computing. Now researchers from the Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter in Hamburg, Germany, and the Indian Institute of Technology in Bombay have explained how these processes can be sped up through the use of light waves and defected solid materials.

Light waves perform several hundred trillion oscillations per second. Hence, it is natural to envision employing light oscillations to drive the electronic...

Im Focus: Haben ein Auge für Farben: druckbare Lichtsensoren

Kameras, Lichtschranken und Bewegungsmelder verbindet eines: Sie arbeiten mit Lichtsensoren, die schon jetzt bei vielen Anwendungen nicht mehr wegzudenken sind. Zukünftig könnten diese Sensoren auch bei der Telekommunikation eine wichtige Rolle spielen, indem sie die Datenübertragung mittels Licht ermöglichen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) am InnovationLab in Heidelberg ist hier ein entscheidender Entwicklungsschritt gelungen: druckbare Lichtsensoren, die Farben sehen können. Die Ergebnisse veröffentlichten sie jetzt in der Zeitschrift Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201908258).

Neue Technologien werden die Nachfrage nach optischen Sensoren für eine Vielzahl von Anwendungen erhöhen, darunter auch die Kommunikation mithilfe von...

Im Focus: Einblicke in die Rolle von Materialdefekten bei der spin-abhängigen Petahertzelektronik

Die Betriebsgeschwindigkeit von Halbleitern in elektronischen und optoelektronischen Geräten ist auf mehrere Gigahertz (eine Milliarde Oszillationen pro Sekunde) beschränkt. Die Rechengeschwindigkeit von modernen Computern trifft dadurch auf eine Grenze. Forscher am MPSD und dem Indian Institute of Technology in Bombay (IIT) haben nun untersucht, wie diese Grenze mithilfe von Lichtwellen und Festkörperstrukturen mit Defekten erhöht werden könnte, um noch größere Rechenleistungen zu erreichen.

Lichtwellen schwingen mehrere hundert Trillionen Mal pro Sekunde und haben das Potential, die Bewegung von Elektronen zu steuern. Im Gegensatz zu...

Im Focus: Charakterisierung von thermischen Schnittstellen für modulare Satelliten

Das Fraunhofer IFAM in Dresden hat ein neues Projekt zur thermischen Charakterisierung von Kupfer/CNT basierten Scheiben für den Einsatz in thermalen Schnittstellen von modularen Satelliten gestartet. Gefördert wird das Projekt „ThermTEST“ für 18 Monate vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie.

Zwischen den Einzelmodulen von modularen Satelliten werden zur Kopplung eine Vielzahl von Schnittstellen benötigt, die nach ihrer Funktion eingeteilt werden...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Gemeinsam auf kleinem Raum - Mikrowohnen

19.02.2020 | Veranstaltungen

Chemnitzer Linux-Tage am 14. und 15. März 2020: „Mach es einfach!“

12.02.2020 | Veranstaltungen

4. Fachtagung Fahrzeugklimatisierung am 13.-14. Mai 2020 in Stuttgart

10.02.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Gemeinsam auf kleinem Raum - Mikrowohnen

19.02.2020 | Veranstaltungsnachrichten

Fraunhofer IOSB-AST und DRK Wasserrettungsdienst entwickeln den weltweit ersten Wasserrettungsroboter

19.02.2020 | Informationstechnologie

Einblicke in den Ursprung des Lebens: Wie sich die ersten Protozellen teilten

19.02.2020 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics