Smart Health is niet meer weg te denken

De ontwikkeling van nieuwe medicijnen is een proces dat over de jaren behoorlijk versneld is. Waar bepaalde ziektes slechts enkele decennia geleden nog dodelijk zouden zijn geweest, is er inmiddels – dankzij de immer voortschrijdende wetenschap – een redelijk simpele remedie voor gevonden. Smart Health speelt hier een grote rol in. Hiermee kunnen patiënten volledig genezen of in ieder geval nog een redelijk normaal leven leiden. Een behoorlijke vooruitgang van de genadeloze doodsveroordeling die het niet eens zo heel lang geleden zou zijn geweest.

Nieuwe smart health technologie stelt ons nu in staat om dit proces nóg meer te versnellen. We zijn immers al ver, maar we zijn er nog lang niet – met tal van ziektes waar nog geen passende behandeling voor is. Of ongediagnostiseerde aandoeningen, waar de medische wereld nog geen ‘etiket’ op kan plakken.

Smart Health: kunstmatige intelligentie

Een team van Britse wetenschappers besloot om kunstmatige intelligentie in te zetten. Hun technologie probeert de driedimensionale vorm van eiwitten te voorspellen. Dankzij een zelflerend algoritme leert het de ‘bouwstenen’ van ons lijf herkennen, wat het makkelijker maakt om medicijnen te maken die iets aanpassen wat ‘verkeerd gebouwd’ is.

Zie het als een gebouw waar vochtplekken gesignaleerd zijn. Men weet niet exact hoe of waarom en kan zodoende het probleem niet goed identificeren. Daarmee kan het ook niet opgelost worden. Maar dan komt er een nieuwe technologie, waarmee een beter beeld ontstaat van het dak. Hiermee kan de zwakke plek snel herkend worden – en gerepareerd worden.

Terug naar ons lichaam. Ons lijf bevat dus een groot aantal eiwitten, die ervoor zorgen dat alles functioneert zoals het zou moeten. Als de eiwitten opgebouwd zijn zoals het hoort, verlopen alle processen in ons lichaam volgens het boekje. Soms zijn er echter problemen met deze eiwitten. Hun driedimensionale vorm is belangrijk voor de functie ervan. Als er iets mis is met de vorm, kan de functie niet meer goed uitgevoerd worden.

Op dat moment kunnen allerlei ziektebeelden ontstaan, waaronder taaislijmziekte en de ziekte van Alzheimer. Genezing is nu nog onmogelijk, ook omdat er nog een te onduidelijk beeld is van waar het probleem exact zit. Met de nieuwe technologie kan echter een volledig driedimensionale beeld gegenereerd worden van het betreffende eiwit. Zo kunnen de ‘fouten’ in de vorm herkend worden – wat het begin is van het herstellen hiervan.

Het geldt wel voor meer problemen: pas als we zien waar de fout zit, kunnen we concreet actie ondernemen om die fout op te lossen. Dit maakt dat een goede moleculaire afbeelding van een eiwit wetenschappers veel meer inzichten biedt. Zo kunnen ziektes potentieel genezen worden die voorheen nog onbehandelbaar waren.

Een kleine voetnoot: het is zeker niet zo dat het krijgen van een duidelijk beeld van de fout iets nieuws is. Alleen kan het nu dankzij kunstmatige intelligentie vele malen sneller dan voorheen. Toen bepaalden wetenschappers de vorm van eiwitten aan de hand van allerlei dure, omzichtige technieken – iets waarmee (veel) kostbare tijd verloren ging.

Het algoritme wat de Britten ontwikkeld hebben heet AlphaFold – waarbij ‘fold’ verwijst naar vouwen, oftewel het natuurlijke vouwproces waarmee eiwitten hun vorm krijgen. Een enkele ‘vouwfout’ kan dus grote gevolgen hebben, wat exact is wat het algoritme in kaart brengt.

Het algoritme werd eerst voorgesteld aan circa 170.000 eiwitvormen en hun bestanddelen. Aan de hand van deze data achterhaalde de computer hoe bepaalde eiwitten zich opvouwden. De vorm kan dus voorspeld worden aan de hand van hun bestanddelen. Met al deze data op zak is het inmiddels mogelijk om enkel aan de hand van de makkelijk achterhaalbare bestanddelen uitsluitsel te geven over de vorm. Soms al binnen een paar uur.

Dit ‘experiment’ met kunstmatige intelligentie werd toegepast door een deelnemend team aan de internationale CASP wedstrijd (Critical Assessment of Structure Prediction). Gedurende meerdere maanden krijgen de teams steeds een ‘code’ of bestanddelen van een eiwit. Vervolgens hebben ze enkele weken de tijd om de vorm te voorspellen. Normaal gesproken scoren teams zo rond de 75%, maar dit team van het bedrijf DeepMind wist maar liefst 90% te scoren.

De kennis van de vorm van een eiwit is niet alleen nuttig voor het achterhalen van de fouten in hun opbouw. Ook kan de vergaarde kennis gebruikt worden voor het ontwikkelen van medicatie die een bepaald onderdeel van het eiwit aanvallen. Ook nu, met het Coronavirus, focussen veel wetenschappers op de spijkervormige uitsteeksels op de buitenkant van de ziekteverwekker.

Juist een goed beeld van dit eiwit op moleculair niveau kan de ontwikkeling van een goed medicijn of vaccin in de hand werken: wetenschappers kunnen dan immers zien waar een medicijn moet ‘binden’ om het ziekmakende eiwit te neutraliseren.

Smart Health : intensive care algoritmes

Intelligente algoritmes spelen niet alleen een rol in de ontwikkeling van onze medicijnen en vaccins. Ook op andere gebieden in de geneeskunde wordt er steeds meer gebruik van gemaakt. Zo werkt het bedrijf Pacmed aan een algoritme die artsen helpt bepalen wanner een patiënt ontslagen kan worden van de Intensive Care, aan de hand van talloze datapunten die in het systeem gevoed worden. Denk aan bloeddruk, saturatie, temperatuur, et cetera.

Het bedrijf werkt inmiddels samen met praktische alle (grotere) ziekenhuizen in Nederland. Niet alleen voor hun ontslag-algoritme; zo hebben zij ook een algoritme dat behandeldata opneemt van een grote database aan patiënten. Gebaseerd op hun reactie op een bepaalde behandeling, kan het algoritme vervolgens adviseren wat de beste aanpak is voor de patiënt die nu voor de arts zit. Vooral voor oncologische behandelingen, waar vaak nog veel onzekerheid heerst over de juiste aanpak en gepersonaliseerde behandelingen veel meer de boventoon voeren, kan dit een enorm verschil maken.

Smart health is onze toekomst

Slimme gezondheidszorg is onze toekomst, dat heeft de Coronacrisis ons wel geleerd. En alhoewel het menselijke element van handen aan het bed onvervangbaar is, zullen het juist de algoritmes en kunstmatige intelligentie zijn die hier een groot verschil kunnen maken.