Künstliche Intelligenz hilft dabei, das Risiko neurodegenerativer Erkrankungen nach Corona-Infektionen abzuschätzen

Fraunhofer SCAI leitet das Konsortium des von der Europäischen Kommission
geförderten Projekts COMMUTE. Vier Jahre lang arbeiten führende Fachleute
aus verschiedenen Disziplinen daran, naheliegende Zusammenhänge zwischen
COVID-19 und neurodegenerativen Erkrankungen zu erforschen. Ein zu
entwickelndes KI-gestütztes Empfehlungssystem soll Erkrankten eine
individuelle Risikoabschätzung ermöglichen.

SANKT AUGUSTIN. Erhöht eine Infektion mit SARS-CoV-2 das Risiko, um an
Demenz zu erkranken? Dieser Frage widmen sich führende europäische
Fachleute in den Disziplinen Medizin, Zellbiologie, Datenwissenschaft und
Künstliche Intelligenz sowie Ethik, Recht und Patientenbeteiligung im EU-
Projekt COMMUTE. Die Abkürzung steht für »COMmorbidity Mechanisms UTilized
in HealthcarE« und gibt die Richtung der Forschungsarbeiten vor. Es geht
darum, Mechanismen zu ergründen, die ursächlich für neurodegenerative
Erkrankungen wie der Alzheimer- und Parkinson-Krankheit als Folge von
Corona-Infektionen sind.

»Zahlreiche Indizien sprechen dafür, dass eine SARS-CoV-2-Erkrankung bei
einigen Patienten eine Neuroinflammation auslöst. Parkinson-ähnliche
Symptome als direkte Auswirkung der Infektion wurden bereits früh in der
Pandemie gemeldet. Diese Beobachtungen veranlassen uns, den Zusammenhang
zwischen COVID-19 und Neurodegeneration systematisch zu untersuchen«, sagt
Prof. Dr. Martin Hofmann Apitius. Der Leiter des Geschäftsfelds
Bioinformatik am Fraunhofer-Institut für Algorithmen und
Wissenschaftliches Rechnen SCAI ist Koordinator des europäischen
Projektkonsortiums.

Seit dem Abklingen der COVID-Pandemie wächst die Zahl der Evidenzen, die
für einen kausalen Zusammenhang zwischen Virusinfektion in der Pandemie
und der Entstehung neurodegenerativer Erkrankungen sprechen. Die
Aufklärung von Mechanismen der möglichen Komorbidität von COVID und
Alzheimer bzw. Parkinson, so Hofmann-Apitius, sei daher von entscheidender
Bedeutung, um gefährdete Gruppen zu identifizieren und neue
Präventionsansätze zu entwickeln.

Um die Zusammenhänge von Corona-Infektion und neurodegenerativen
Erkrankungen zu untersuchen, verfolgen die Forscherinnen und Forscher zwei
sich ergänzende Ansätze:

1. einen hypothesenfreien, datengesteuerten Ansatz. Hierbei werden
vorhandene Patientendaten mit Methoden der Künstlichen Intelligenz
untersucht, um herauszufinden, ob Ansteckungen mit SARS-CoV-2 zu einem
erhöhten Risiko zur Ausbildung neurodegenerativer Erkrankungen,
insbesondere von Alzheimer und Parkinson, in der Bevölkerung führen.

2. einen hypothesengesteuerten, wissensbasierten Ansatz. Im Projekt wird
dazu das umfangreiche, publizierte Wissen aus der wissenschaftlichen
Literatur extrahiert und in eine für Algorithmen nutzbare Form (als so-
genannter „Knowledge Graph“) abgespeichert. Mit Hilfe moderner Verfahren
der Künstlichen Intelligenz (KI) lassen sich dann eine große Zahl von
Krankheits-Hypothesen systematisch durchtesten. Dies geschieht unter
anderem auch in zellulären Textsystemen, die aus Stammzellen
Gehirnorganoide ableiten, die wiederum für das Testen von Hypothesen
genutzt werden können.

Beide Ansätze sollen zu einem intensiven Austausch zwischen
computergestützten und experimentellen Methoden der Biologie anregen. Ein
Aspekt dabei ist auch, ob man Medikamente, die bei der Therapie anderer
Erkrankungen zum Einsatz kommen, zur Behandlung von durch SARS-
CoV-2-Infektionen ausgelöste neurodegenerative Erkrankungen einsetzen
kann. Dazu möchte man mit den Fachleuten aus dem EU-Projekt REMEDI4ALL
zusammenarbeiten, die die Umnutzung von Arzneimitteln untersuchen.

Die im Verlauf des Projekts gewonnenen Erkenntnisse dienen schließlich als
Grundlage dafür, personalisierte Gesundheitsanwendungen zu entwickeln. Ein
Beispiel dafür ist ein Empfehlungssystem für Patienten. Es soll mit
Methoden der Künstlichen Intelligenz eine individuelle Abschätzung des
Risikos ermöglichen, beispielsweise an Alzheimer oder Parkinson zu
erkranken.

Da die Prognose eines erhöhten Krankheitsrisikos für Patienten
weitreichende Konsequenzen haben kann, adressiert das Projekt auch
ethische und rechtliche Fragen. Zur Bearbeitung dieses Aspekts werden
daher Vertreter von Patientenorganisationen mit in das Forschungsvorhaben
einbezogen.

Die Europäische Kommission fördert das Projekt COMMUTE mit 7,3 Millionen
Euro von Dezember 2023 bis November 2027. Am 14. und 15. Dezember
veranstaltete Fraunhofer-Institut SCAI das erste Treffen des
Projektkonsortiums im Bonn-Aachen International Center for Information
Technology (b-it) in Bonn.

Projektkoordinator: Prof. Dr. Martin Hofmann-Apitius, Fraunhofer SCAI