Tausende digitale „Zwillinge“ des Herzens liefern neue Erkenntnisse über das Herz

Forscher des King’s College London, des Imperial College London und des Alan Turing Institute haben erstmals über 3.800 anatomisch exakte digitale Herzen erstellt, um zu untersuchen, wie Alter, Geschlecht und Lebensstilfaktoren Herzerkrankungen und die elektrische Funktion des Herzens beeinflussen. Die Erstellung von „digitalen Zwillingen“ des Herzens in dieser Größenordnung hat Wissenschaftlern geholfen zu entdecken, dass Alter und Fettleibigkeit Veränderungen der elektrischen Eigenschaften des Herzens verursachen, was erklären könnte, warum diese Faktoren mit einem höheren Risiko für Herzerkrankungen verbunden sind.

Die Vorteile der digitalen Herz-Zwillinge

Die in Nature Cardiovascular Research veröffentlichten Ergebnisse zeigen die Möglichkeiten, die digitale Zwillinge des Herzens in großem Maßstab bieten, um den Einfluss des Lebensstils auf die Gesundheit und Funktion des Herzens in verschiedenen Bevölkerungsgruppen besser zu verstehen. Mithilfe der digitalen Herz-Zwillinge fanden sie außerdem heraus, dass Unterschiede in den Elektrokardiogramm-Messwerten (EKG) zwischen Männern und Frauen in erster Linie auf Unterschiede in der Herzgröße zurückzuführen sind und nicht darauf, wie das Herz elektrische Signale leitet. Diese Erkenntnisse könnten Ärzten helfen, Behandlungen zu optimieren, beispielsweise durch die Anpassung der Einstellungen von Herzgeräten für Männer und Frauen oder die Identifizierung neuer Wirkstoffziele für bestimmte Gruppen. Sie hoffen, dass dieses tiefere Verständnis des Herzens bei verschiedenen Gruppen zu einer individuelleren Versorgung und Behandlung von Menschen mit Herzerkrankungen führen könnte.

Die digitalen Herz-Zwillinge wurden anhand von Daten realer Patienten und EKG-Messwerten aus der UK Biobank und einer Kohorte von Patienten mit Herzerkrankungen erstellt. Diese fungieren dann als digitale Nachbildung des Herzens des Patienten, mit der sich Funktionen des Herzens untersuchen lassen, die direkt nur schwer zu messen sind. Jüngste Fortschritte im Bereich des maschinellen Lernens und der KI halfen den Forschern, diese Menge an digitalen Zwillingen zu erstellen, wodurch einige manuelle Aufgaben reduziert und die Erstellung beschleunigt werden konnten. Allgemeiner gesagt ist ein digitaler Zwilling ein Computermodell, das ein Objekt oder einen Prozess in der physischen Welt simuliert. Ihre Erstellung kann kostspielig und zeitaufwändig sein, aber sie können neue Einblicke in die Funktionsweise oder das Verhalten eines physischen Systems liefern.

Personalisierte Behandlungen und bessere Präventionsstrategien

Im Gesundheitswesen könnte ein digitaler Zwilling vorhersagen, wie sich die Krankheit eines Patienten entwickeln wird und wie Patienten wahrscheinlich auf verschiedene Behandlungen ansprechen. Professor Steven Niederer, leitender Autor und Lehrstuhlinhaber für Biomedizinische Technik am Imperial College London, der die Forschung während seiner Zeit am King’s College London durchgeführt hat, sagte: „Unsere Forschung zeigt, dass das Potenzial digitaler Zwillinge des Herzens über die Diagnostik hinausgeht. Durch die Nachbildung der Herzen von Menschen aus der Bevölkerung haben wir gezeigt, dass digitale Zwillinge uns tiefere Einblicke in Menschen mit einem Risiko für Herzerkrankungen bieten können.

Außerdem zeigen sie, wie Lebensstil und Geschlecht die Herzfunktion beeinflussen können.“ Professor Pablo Lamata, Autor des Berichts und Professor für Biomedizintechnik am King’s College London, sagte: „Diese Erkenntnisse werden dazu beitragen, Behandlungen zu verfeinern und neue Wirkstoffziele zu identifizieren. Durch die Entwicklung dieser Technologie in großem Maßstab ebnet diese Forschung den Weg für ihren Einsatz in groß angelegten Bevölkerungsstudien. Dies könnte zu personalisierten Behandlungen und besseren Präventionsstrategien führen und letztlich unser Verständnis und die Behandlung von Herzerkrankungen revolutionieren.“

Laut Dr. Shuang Qian, Hauptautor und Gastwissenschaftler am Centre for Medical Engineering des King’s College London, könnten die von den Forschern entwickelten digitalen Herzmodelle die Grundlage für den nächsten Schritt ihrer Forschung bilden – die Verknüpfung der Herzfunktion mit unseren Genen. Dies könnte hilfreich sein, auf bisher unbekannte Weise zu verstehen, wie genetische Variationen die Herzfunktion beeinflussen. Dies könnte in Zukunft zu einer präziseren und personalisierten Versorgung der Patienten führen.