Künstliche Intelligenz zur Bewertung des Risikos einer neurodegenerativen Erkrankung nach einer COVID-19-Infektion

Luxemburg beteiligt sich am europäischen COMMUTE-Projekt

• Transversale Translationale Medizin (TTM)
• Covid-19 – Infektionskrankheiten
• Parkinson

Das LIH und das Luxembourg Centre for Systems Biomedicine (LCSB) an der Universität Luxemburg beteiligen sich an dem von der EU finanzierten COMMUTE-Projekt, das darauf abzielt, unser Verständnis darüber zu verbessern, wie sich Infektionskrankheiten wie COVID-19 auf das individuelle Risiko auswirken können, neurodegenerative Erkrankungen wie Parkinson oder Demenz zu entwickeln.

Ein vierjähriges europäisches Projekt  

COMMUTE, eine Abkürzung für COMmorbidity Mechanisms UTilized in HealthcarE, wird vom Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen (SCAI) koordiniert und von der Europäischen Kommission mit 7,3 Millionen Euro gefördert. In den nächsten vier Jahren wird ein interdisziplinäres Team hochkarätiger Experten erforschen, ob COVID-19-Infektionen das Risiko erhöhen, neurodegenerative Erkrankungen zu entwickeln. Es wird ein innovatives KI-gesteuertes System geschaffen, das maßgeschneiderte Risikobewertungen für Personen liefert, die sich von COVID-19 erholt haben.

Nach der COVID-19-Pandemie mehren sich die Hinweise auf einen möglichen kausalen Zusammenhang zwischen einer Virusinfektion und dem Auftreten neurodegenerativer Erkrankungen. Das Erkennen und Verstehen möglicher Zusammenhänge ist entscheidend, um Hochrisikogruppen zu identifizieren und neue Wege in der Krankheitsprävention zu beschreiten.

Prof. Martin Hofmann-Apitius, Leiter des Projekts und Leiter der Abteilung Bioinformatik am Fraunhofer SCAI, erklärt: «Zu Beginn der Pandemie haben wir bei COVID-19-Patienten Parkinson-ähnliche Symptome festgestellt. Später veröffentlichte Berichte deuten auf eine neuroinflammatorische Reaktion auf SARS-CoV-2-Infektionen bei einigen Patienten hin. Diese ersten Beobachtungen haben uns zu einer umfassenden Studie über den Zusammenhang zwischen COVID-19 und Neurodegeneration veranlasst.»

Dualer Ansatz zur Förderung der Synergie zwischen rechnerischen und biologischen Methoden

Das COMMUTE-Projekt verfolgt einen doppelten Ansatz zur Lösung dieses komplexen Problems: Erstens eine datengesteuerte Strategie, die künstliche Intelligenz (KI) nutzt, um vorhandene Patientendaten zu analysieren. Ziel ist es, festzustellen, ob eine COVID-19-Infektion zu einem erhöhten Risiko für neurodegenerative Erkrankungen, insbesondere Alzheimer und Parkinson, beiträgt. Zweitens, eine hypothesengesteuerte Methode, die große Mengen wissenschaftlicher Literatur in „Wissensgraphen“ umwandelt. Moderne KI-Methoden werden dann eingesetzt, um viele Krankheitshypothesen parallel zu testen. Dieser Ansatz ermöglicht die systematische Prüfung zahlreicher Krankheitshypothesen in zellulären Testsystemen, einschließlich Experimenten mit Hirnorganoiden, 3D-Zellkulturen, die von Stammzellen abgeleitet sind. Diese Doppelstrategie zielt darauf ab, eine dynamische Synergie zwischen computergestützten und biologischen Forschungsmethoden zu fördern.

Nutzung bestehender Kohorten in Luxemburg   Das Team von Prof. Rejko Krüger, Leiter der transversalen translationalen Medizin am LIH, Leiter der Gruppe für translationale Neurowissenschaften am LCSB und klinischer Koordinator von COMMUTE, wird mit seinem klinischen Fachwissen und den in Luxemburg bestehenden Kohorten für die Parkinson-Krankheit und COVID-19 zu dem Projekt beitragen.

«Infektionskrankheiten wurden schon früher mit neurodegenerativen Prozessen in Verbindung gebracht, wie sie bei Multipler Sklerose oder der Parkinson-Krankheit zu beobachten sind, aber es ist noch nicht bekannt, inwieweit COVID-19 zu einem erhöhten Risiko beitragen könnte. Bereits vorhandene biologische Proben und im Land gesammelte Daten werden genutzt, um die pathologischen Prozesse, die eine SARS-CoV-2-Infektion bei Menschen auslösen kann, besser zu charakterisieren,

so Prof Kruger.

Personalisierte Gesundheitsfürsorge und Neupositionierung von Medikamenten

Die von COMMUTE gewonnenen Erkenntnisse werden die personalisierte Gesundheitsfürsorge revolutionieren, zum Beispiel durch ein patientenorientiertes KI-Empfehlungssystem für die Risikobewertung von Demenz und Neurodegeneration. In Anbetracht der tiefgreifenden Auswirkungen der Vorhersage erhöhter Gesundheitsrisiken befasst sich COMMUTE auch mit den ethischen und rechtlichen Aspekten seiner Ergebnisse und bezieht dabei auch Patientenverbände mit ein.

Ein weiterer wichtiger Aspekt dieser Forschung ist die Erforschung des Potenzials bereits vorhandener Medikamente zur Behandlung von Demenz oder zur Verhinderung des Ausbruchs neurodegenerativer Prozesse, die möglicherweise durch COVID-19 ausgelöst werden. Zu diesem Zweck arbeitet das Projekt mit REMEDI4ALL zusammen, das eine einzigartige Plattform für das Repurposing von Medikamenten bietet.

Das Projekt hat eine Laufzeit von Dezember 2023 bis November 2027. Das Projekt wurde mit der ersten Konsortialsitzung im Dezember 2023 im Internationalen Zentrum für Informationstechnologie Bonn-Aachen eröffnet.

Erfahren Sie mehr über das COMMUTE-Projekt.