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Abstract

Biomarker sind anatomische, physiologische oder pathologische Parameter, die zur Objektivierung und Interpretation medizinischer Zustände dienen. Fortschritte in der Entwicklung mobil-digitaler Technologie haben zur Entstehung einer neuen Art von Biomarkern, den „digitalen Biomarkern“ geführt. Diese nicht-invasiven Parameter, welche meist mit Wearables erhoben werden können, ermöglichen die Aufzeichnung von kontinuierlichen, longitudinalen Gesundheits-Daten, nicht nur stationär, sondern auch zu Hause im gewohnten Umfeld des Patienten.

Durch die kontinuierliche Daten-Erhebung können neue vielversprechende, kontext-assoziierte Informationen gewonnen werden. Dies ist von besonderem Interesse, da longitudinale und kontextbezogene Informationen im Gegensatz zu einmalig gewonnenen, absoluten Werte wesentlich aussagekräftigere und holistische Schlussfolgerungen ermöglichen. Der modulare Aufbau dieser digitalen Komponenten zur Erhebung von digitalen Biomarkern schafft zahlreiche neue Möglichkeiten jenseits der bisherigen (physikalischen) Grenzen des Gesundheitssystems, die in der klinischen Behandlung, aber auch in der medizinischen Forschung Einzug erhalten .

Durch die zunehmende Vernetzung im Rahmen des „Internet of Healthcare Things“ stehen die erhobenen Daten direkt für weitere Analysen, entweder automatisiert per Applikation oder per sofortiger Weiterleitung innerhalb kürzester Zeit ortsunabhängig zur Verfügung. Dank dieser Vernetzung können Datenbanken orts- und infrastrukturunabhängig angelegt und automatisiert befüllt werden. Dies ist von besonderem Vorteil in z.B. Ländern mit tiefem Durchschnittseinkommen und stark reduzierter Infrastruktur. Dennoch gibt es bisher keine allgemeingültigen Standards die sowohl die Validierung, Qualität, Sicherheit wie auch den Nutzen dieser neuartigen Technologien vergleichbar machen.

Definition

  • Biomarker: Messbare Indikatoren für normale biologische oder pathologische Prozesse bzw. als Reaktion auf eine Exposition oder Intervention
    • Digitaler Biomarker: Auf dieser Definition beruhend zu beschreibende neue Art von Biomarkern mit digitaler Datenerfassung und. -verarbeitung

Aufzeichnung und Verarbeitung digitaler Biomarker

  • Messung und Aufzeichnung digitaler Biomarker: Durch Sensoren oder Geräte, die entweder getragen, implantiert oder geschluckt werden können
    • Ableitung von physikalischen oder biochemischen Signalen
    • Umwandlung in etablierte oder neue Messparameter durch Algorithmen
  • Datenverarbeitung: Verarbeitung erhobener Rohdaten oder prozessierter Messwerte durch Computer
    • PC/Smartphone: Die Datenverarbeitung erfolgt auf einem gekoppelten Zweitgerät mit mehr Rechenleistung
    • Cloud Computing: Zur Verarbeitung werden die Daten, ggf. über den Zwischenschritt eines gekoppelten Zweitgeräts zentral auf Datenservern abgelegt
    • Edge Computing: Prozessierung, Speicherung, Analyse und Interpretation der Rohdaten und der daraus abgeleiteten Messwerte erfolgt gesamthaft oder anteilig unmittelbar auf den Geräten selbst und damit dezentral
  • Datenübertragung
    • Bluetooth
    • WLAN
  • Datenspeicherung und Speicherbedarf: Die Speicherung der exponentiell ansteigenden Datenmengen („Big Data“) erfordert zunehmend mehr Speicherplatz
  • Beispiel: Photoplethysmographie

Biomarker im Schweiß

  • Vergleich zu konventionellen Biomarkern: Bisherige digitale Biomarker befassten sich vermehrt mit Daten wie der Erfassung von Patientenbewegung mittels Accelerometer-Daten oder der Detektion des Herzrhythmus mittels Photoplethysmographie
  • Schweiß als Bioflüssigkeit: Aufstrebendes Feld der nicht-invasiven Diagnostik
    • Schweiss beinhaltet eine Vielzahl an Proteinen, Lipiden und Metaboliten und eignet sich als Untersuchungsmaterial für Biomarker
    • Entwicklung neuartiger Biosensoren, die auf die Haut aufgelegt werden und den Schweiss laborunabhängig und nicht-invasiv auf seine Bestandteile analysieren