Medizin der Zukunft
Wie HPC und KI das Gesundheitswesen vorantreiben können
Sowohl bei der Forschung als auch der klinischen Praxis finden immer mehr Technologien in das Gesundheitswesen Einzug. High Performance Computing und Künstliche Intelligenz sollen künftig eine personalisierte Medizin ermöglichen.
Mit der Weiterentwicklung der Technik wird immer deutlicher, dass High Performance Computing (HPC) auch für die Gesellschaft von großem Nutzen sein kann. HPC stellt die nötige Rechenleistung, um die Menschen bei der Lösung einiger ihrer größten Herausforderungen zu unterstützen.
Mittlerweile findet HPC auch im Gesundheitswesen Einsatz. Unter anderem weil durch Künstliche Intelligenz (KI) in öffentlichen Gesundheitseinrichtungen große Datenmengen erzeugt werden – insbesondere in Form von Bildgebung und automatisierten Diagnoseverfahren. Ein Großteil dieser Ansammlung von Wissen blieb bislang weitgehend unerforscht, da die Experten, welche die Daten manuell interpretieren müssen, nur begrenzt Kapazitäten und Zeit zur Verfügung haben. Mit HPC sollen Ärzte und Forscher umfassenderen und komplexeren Fragen nachgehen können und die Antworten darauf schneller erhalten.
Warum Bioinformatik so wichtig ist
Besonders nützlich ist der Einsatz von HPC in der Bioinformatik, einem multidisziplinären Bereich, der die Prinzipien der Mathematik, Statistik, Informatik und Biologie integriert. In der medizinischen Forschung besteht die Aufgabe der Bioinformatik darin, Wissen aus biomedizinischen Daten zu gewinnen. Derzeit werden HPC-Systeme weiterentwickelt, um Bioinformatikern eine umfassendere Nutzung der Daten mithilfe verbesserter Hard- und Software zu ermöglichen.
In den Biowissenschaften ist die Dauer bis zur Beantwortung kritischer Fragen von enormer Bedeutung: zum Beispiel, wenn es darum geht, herauszufinden, wie ein Krebspatient auf eine bestimmte Behandlung anspricht; Schnelligkeit ist ebenfalls entscheidend, um beispielsweise die Anzeichen einer neuen Infektion in der Gesellschaft zu erkennen und einzudämmen, bevor sie sich weiter ausbreitet. Dies alles erfordert leistungsfähigere und komplexere Computerressourcen.
Unsere Gene verstehen – Personalisierte Medizin
HPC verbessert nicht nur die Geschwindigkeit von Datenauswertungen, sondern auch die Genauigkeit, sodass ein stärkerer Fokus auf individuelle Daten möglich ist. Im Bereich der Biowissenschaften verlagert sich die Entwicklung von Produkten, die auf die Bedürfnisse einer breiten Masse zugeschnitten sind, hin zur Entwicklung von personalisierten Nischenlösungen für einzelne Patienten. Das verspricht die Genomik – der Wissenschaftszweig, der sich mit der Analyse der Genome beziehungsweise aller Gene beschäftigt. Die Genomik liefert dabei ein weitaus detaillierteres Verständnis der Ursachen von Krankheiten und treibt die Entwicklung von Innovationen voran.
Rasch sinkende Kosten für die DNA-Sequenzierung in Kombination mit zunehmender Rechenleistung, ermöglichen es den genetischen Code des Menschen besser zu verstehen. Gleichzeitig ist dies eine gute Ausgangsposition, die Genomik zu nutzen, um schnell auf neue Bedrohungen wie die Corona-Pandemie sowie mögliche künftige Pandemien zu reagieren. Die Genomik hat großes Potenzial die Gesundheitsversorgung in vielerlei Hinsicht zu revolutionieren. Und schon jetzt gibt es im Bereich der Genom-Sequenzierung Lösungen, welche die Verarbeitung eines einzelnen menschlichen Genoms von mehreren Tagen auf unter eine Stunde reduzieren.
Mit Hilfe der Genomik können Wissenschaftler ein Wirkstoffziel identifizieren, oftmals ein Protein, das sich falsch verhält oder dessen Verhalten beeinflusst werden muss. Wenn dieses Protein und die Art, wie es im Körper auftritt einmal verstanden ist, kann überlegt werden, wie ein Molekül erzeugt werden kann, das in der Lage ist mit dem Protein zu interagieren. Um aber die Struktur des Proteins zunächst zu erfassen und zu begreifen, ist ein Hochleistungsrechner nötig.
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- Rechenleistung für detaillierte Simulationen
