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Künstliche Intelligenz verändert alles

Neue Technologien führen die Biotechindustrie in ein neues Zeitalter. Als Innovationstreiber werden sie eine wesentliche Rolle in den nächsten Jahren spielen. Ein Schlüsselfaktor: der Einsatz von künstlicher Intelligenz. Unternehmen wie Crispr Therapeutics und Relay Therapeutics treiben diese Entwicklung an.

21.07.2021 | 12:30 Uhr von «Wilhelm Nordhaus»

Neue Technologien führen die Biotechindustrie in ein neues Zeitalter. Als Innovationstreiber werden sie eine wesentliche Rolle in den nächsten Jahren spielen. Ein Schlüsselfaktor: der Einsatz von künstlicher Intelligenz. Unternehmen wie Crispr Therapeutics und Relay Therapeutics treiben diese Entwicklung an.

Die Geschichte der künstlichen Intelligenz begann mit einer scheinbar einfachen Frage: Kann eine Maschine denken? Der britische Computerpionier und Kryptoanalytiker Alan Turing stellte sie Mitte des vergangenen Jahrhunderts in seinem Aufsatz „Computing Machinery and Intelligence“ – und inspirierte damit zahlreiche Forscher. Zwischenzeitlich ist dieser Begriff längst zum Synonym eines Programms oder einer Maschine geworden, die wie ein Mensch denken, lernen und handeln.

Heute ist es dank künstlicher Intelligenz (KI) möglich, Krankheiten effizienter zu diagnostizieren, Medikamente zu entwickeln, Behandlungen zu personalisieren und sogar Gene zu editieren. Laut der Definition des Europäischen Patentamts umfasst der Begriff „Denk- und Entscheidungsprozesse, die durch Maschinen anstelle von Menschen oder Tieren durchgeführt werden“. KI enthält häufig einen iterativen Trainingsprozess. Dabei wird ein IT-System in die Lage versetzt, sich an ein spezifisches Problem anzupassen, bevor es angemessene Entscheidungen trifft oder selbstständige Interpretationen vorschlägt. KI und maschinelles Lernen werden in der Patentliteratur häufig als gleichbedeutende Ausdrücke verwendet.

Bedeutende Fortschritte

In der Biotechnologie wird KI in den unterschiedlichsten Bereichen eingesetzt. Laut der Fachzeitschrift „Genetic Engineering & Biotechnology News“ wird sie nicht ­zuletzt für die Identifizierung von Ansatzstellen für Medikamente, für das Medikamentenscreening und zur Erstellung von prädiktiven Modellen verwendet. „KI und Biotechnologie befinden sich auf einem Pfad exponentiellen Wachstums, beide verfügen über das Potenzial, unser Leben zu verbessern“, unterstreicht Daniel Koller, Head Investment Team bei der Schweizer Beteiligungsgesellschaft BB Biotech.

Die Biotechnologie hat sich im Hinblick auf das Kosten-Nutzen-Verhältnis Jahr für Jahr um den Faktor 10 verbessert. Die Aufwendungen für die Entschlüsselung des menschlichen Genoms sind von drei Milliarden Dollar im Jahr 2001 auf heute rund 1000 Dollar gesunken. Verfahren, die vor zehn Jahren monatelang dauerten, können heute in weniger als einer Stunde abgeschlossen werden.

2021 wird nach Ansicht von Koller weitere bedeutende technologische Fortschritte und neue Produkte bringen, um dem ungedeckten medizinischen Bedarf vieler Patienten zu begegnen. „Neben etablierten Bereichen, wie etwa der Onkologie, seltenen Krankheiten und neurologischen Indikationen werden sich rasch entwickelnde Zukunftstechnologien immer mehr in den Fokus rücken“, prognostiziert der Portfoliomanager.

Sie hätten dank ihres ausgezeichneten therapeutischen Profils auch einen hohen wirtschaftlichen Nutzen, etwa die Gentherapien der nächsten Generation, die Zelltherapietechnologien und die Genom­editierung. Der im Oktober 2020 an Emmanuelle Charpentier und Jennifer A. Doudna verliehene Nobelpreis in Chemie unterstreicht die Bedeutung der Genomeditierung als disruptive molekularbiologische Technologie für die künftige Medikamentenentwicklung. Hier werden gezielte Veränderungen im menschlichen Erbgut vorgenommen, um eine dauerhafte Heilung von Krankheiten zu erzielen. Die Genomeditierung wird bereits in zellbasierten Krebstherapien erfolgreich angewandt. Das Biotechnologieunternehmen Crispr Therapeutics ist führend bei Ex-vivo-Applikationen des gleichnamigen Ansatzes, mit dem sich Gendefekte dauerhaft beseitigen lassen.

Bei diesem Ansatz werden dem Patien­ten Zellen entnommen, im Labor modifiziert und danach wieder injiziert. Das Neue an dieser Vorgehensweise ist, dass Fragmente der menschlichen DNA, die als genetisch bedingte Auslöser von Krankheiten gelten, herausgeschnitten und durch genetische Ersatzstücke repariert werden. Das Crispr/Cas9-Enzym setzt den genetischen Reparaturmechanismus in Gang, den jede Körperzelle besitzt.

Krebstherapien in Tablettenform

Ein weiteres Unternehmen, das in diesem Themenbereich neue Ansätze verfolgt, ist Branchenexperte Koller zufolge Relay Therapeutics, ein Marktführer im Bereich Moleküldesign. Bei diesem Verfahren werden die molekularen Bewegungen von Proteinmolekülen analysiert, um deren Rolle beim Entstehen einer Krankheit zu verstehen. Anstelle herkömmlicher dreidimensionaler Kristallstrukturen bedient sich Relay Therapeutics einer computergestützten Plattform. Mithilfe von maschinellem Lernen werden chemische und biophysikalische Vorgänge, die in Millisekunden stattfinden, digital simuliert und visualisiert.

Damit lassen sich Moleküle, die als Medikamentenkandidaten infrage kommen, zeit- und kostensparend identifizieren. Zugleich ist das Moleküldesign von seinem Wirkprofil her passgenauer, weil Eigenschaften wie Pharmakodynamik, effektive Dosis, Bioverfügbarkeit oder Toxizität weitaus präziser bestimmt werden können. Mit dieser Technologie will Relay Therapeutics Arzneien in Tablettenform als Krebstherapien entwickeln.

Generell scheint der Startschuss für die neue Ära bereits gefallen zu sein, nirgends sind die Erwartungen an künstliche Intelligenz so hoch wie im Gesundheitsmarkt. Die Ära, solche disruptiven Kräfte zu nutzen und an der Wertschöpfung zu profitieren, hat begonnen.

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