“In meiner Zukunftsvision ist die Menschheit nicht mehr in zwei krass unterschiedliche Klassen eingeteilt. Heute kann der wohlhabende Teil der Menschheit mit über 70 gesunden Lebensjahren rechnen, während mehr als drei Milliarden Menschen 15 bis 20 Jahre weniger haben. Die Abschaffung dieses Ungleichgewichts wird für den Homo Sapiens in Zukunft eine Überlebensfrage”, sagt Ferenc Krausz zu Beginn der Christmas Lecture im ÖAW-Festsaal. Neben verbesserten Lebensbedingungen für die Ärmsten dieser Welt brauche es vor allem neue Ansätze in der Medizin, um eine gerechtere Versorgung zu gewährleisten. Die ultrakurzen Laserpulse, für deren Mitentwicklung Krausz 2023 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet wurde, könnten hier eine Initialzündung auslösen.

Mit ultrakurzen Laserpulsen lässt sich Zeit so fein auflösen, dass wir die Bewegungen von Elektronen in Atomen und Molekülen erfassen können. Krausz arbeitet mit seinen Forschungsgruppen daran, diese Technik für die medizinische Diagnostik nutzbar zu machen. Wenn Blutproben mit einem Infrarotlaserpuls angeregt werden, können die resultierenden Schwingungen der Moleküle mit extrem hoher Präzision vermessen werden. Der resultierende “Infrarotfingerabdruck” ist von Person zu Person verschieden und ändert sich bei vielen Erkrankungen schon in einem sehr frühen Stadium. Das könnte in Zukunft eine günstige, überall verfügbare Möglichkeit liefern, eine breite Palette an Krankheiten zu erkennen, bevor Therapien aufwändiger oder unmöglich werden.

KI lernt, Krankheiten zu erkennen

“Wir haben uns die Frage gestellt, wie wir mit unserer Forschung den größten Nutzen für die Menschheit erzielen können. Pro Jahr sterben weltweit etwa 17 Millionen verhältnismäßig junge, aktive Menschen an Krebs, Herzgefäßerkrankungen, Atemwegserkrankungen und Stoffwechselerkrankungen. Besonders groß ist diese Gruppe in den Entwicklungsländern. Das hat nicht nur persönliche Konsequenzen, sondern schadet der Wirtschaft in diesen Ländern enorm”, sagte Krausz. Mit zuverlässigen und kostengünstigen Frühdiagnosen könnte eine Vielzahl von Todesfällen vermieden werden.

Krausz hat mit einer Forschungsgruppe bereits nachgewiesen, dass sich die Laseranalyse eignet, um kleinzelligen Lungenkrebs früh zu erkennen. Dazu haben sie tausende Infrarotfingerabdrücke von erkrankten und gesunden Personen erstellt, um einen KI-basierten Algorithmus zu trainieren, der so lernt, die Infrarotfingerabdräcke von erkrankten Personen zu erkennen. Die Erfolgsquote der ersten Systeme ist noch nicht hoch genug für einen klinischen Einsatz, aber die Forscher:innen arbeiten daran, die Ergebnisse zu verbessern. “Wenn wir mehrere Infrarotfingerabdrücke pro Person über einen längeren Zeitraum haben, werden die Ergebnisse besser. Wir schätzen, dass wir kleinzelligen Lungenkrebs so schon im ersten Krankheitsstadium mit einer Genauigkeit von über 90 Prozent erkennen könnten. Das wäre mit der aktuellen Methode schon machbar, allerdings ist kleinzelliger Lungenkrebs zu selten, um die Kosten für ein Gesundheitssystem allein damit zu rechtfertigen”, sagte Krausz.

Ein Test für alle Zivilisationskrankheiten

Forscher:innen arbeiten bereits daran, die Laserdiagnostik für einige der am weitesten verbreiteten Krankheiten zu adaptieren. Nach aktuellem Wissensstand ändert jede Erkrankung die molekulare Zusammensetzung des Blutes, was eine Art Universaltest möglich macht, der die Kosten für die Gesundheitssysteme drastisch senken könnte. Um diese Entwicklung zu beschleunigen, arbeitet Krausz in Langzeitstudien in Ungarn, Kalifornien und Bayern am Aufbau von Datenmaterial zum Trainieren der Diagnosealgorithmen. Zudem hat er die Initiative for Protecting Health gegründet, in der weltweit führende Expert:innen aus den Bereichen künstliche Intelligenz, präventive Medizin, Massenspektrometrie und Magnetresonanzspektroskopie zusammenarbeiten.

“Unser Ziel ist der Aufbau einer Breitbandscreeningplattform für verschiedene Krebsarten, Herzgefäßerkrankungen, Stoffwechselerkrankungen und eines Tages hoffentlich auch neurodegenerative Krankheiten. Wir wollen ein Beispiel dafür geben, wie wir in Europa und der Welt gemeinsam an großen Zielen zusammenarbeiten können. Lasst uns der Zwei-Klassen-Menscheit ein Ende setzen”, sagt Krausz.