Britische Biobank schließt weltweit größtes Ganzkörper-Scan-Projekt ab

In einer bemerkenswerten Leistung, die bereits Auswirkungen auf die Erkennung und Diagnose von Krankheiten hat, hat die UK Biobank das weltweit größte Ganzkörper-Scanning-Projekt abgeschlossen. Dabei wurden Gehirn, Herz, Bauch, Blutgefäße, Knochen und Gelenke von 100.000 Freiwilligen gescannt. Diese Scans in diesem Umfang zeigen uns, was im Körper von Menschen im Alter passiert, sodass wir verstehen, wie, warum und wann wir krank werden.

Seit 2015 werden Bilddaten der UK Biobank schubweise veröffentlicht. Wissenschaftler weltweit nutzen sie, um bessere Diagnosetests für lebensbedrohliche Erkrankungen wie Herzkrankheiten, Demenz und Krebs zu entwickeln. Schon bald werden zugelassene Forscher Zugriff auf über eine Milliarde anonymisierte Bilder von 100.000 Freiwilligen haben. Zusammen mit den bereits vorhandenen Informationen der UK Biobank zu Lebensstil, Krankengeschichte, Genetik und Blutproteinen, die in den letzten 15 Jahren von denselben Freiwilligen gesammelt wurden, ermöglichen diese Bilddaten Forschern, auf bisher unmögliche Weise zu erkennen, wie sich alle Aspekte unseres Lebens auf unsere Gesundheit auswirken.

Bis heute wurden über 1.300 von Experten begutachtete wissenschaftliche Arbeiten mit Bilddaten der UK Biobank veröffentlicht. Die Ergebnisse dieser Forschung verbessern bereits die Versorgung im NHS und darüber hinaus. Zum Beispiel:

• NHS-Gedenkkrankenhäuser in ganz Großbritannien verwenden jetzt von der UK Biobank entwickelte Verfahren zur Analyse von MRT-Bildern des Gehirns, was zu einer genaueren Diagnose von Demenz beiträgt.
• Die Herzversorgung hat sich in mehr als 90 Ländern verbessert, da Ärzte ein auf Basis von Daten einer britischen Biobank entwickeltes KI-Tool verwenden, um Herzscans in weniger als einer Sekunde zu analysieren – früher dauerte es fast eine Viertelstunde – und sich so auf die Fälle konzentrieren können, die die meiste Aufmerksamkeit erfordern.

Nach 11 Jahren Arbeit, 100.000 Scan-Sitzungen, die jeweils etwa 5 Stunden dauerten, und einer Investition von über 60 Millionen Pfund hat die UK Biobank diesen bedeutenden Meilenstein erreicht.

Der beispiellose Umfang dieses Bildgebungsprojekts – mehr als zehnmal größer als alles, was es je zuvor gab – ermöglicht es Wissenschaftlern, Muster in Krankheiten zu erkennen, die sonst nicht erkennbar wären. Scans von 100.000 Freiwilligen zu sammeln, schien ein Wunschtraum zu sein … einige Experten fragten sogar, ob wir versehentlich eine zusätzliche Null hinzugefügt hätten! Dieses massive Bildgebungsprojekt macht das Unsichtbare sichtbar. Darüber hinaus gewinnen Wissenschaftler durch die Kombination dieser Bilder verschiedener Körperteile mit allen genetischen und lebenswichtigen Informationen unserer Freiwilligen ein viel besseres Verständnis der Funktionsweise unseres Körpers.“

Sir Rory Collins, Professor, leitender Forscher und CEO, UK Biobank

Während jeder Sitzung wurden von jeder Person über 12.000 MRT-Bilder von Gehirn, Herz und Bauchraum aufgenommen. Darüber hinaus wurden Ganzkörperscans zur Messung von Knochendichte und Körperfett sowie eine Ultraschalluntersuchung der Halsschlagadern durchgeführt. Jeder Freiwillige lieferte außerdem dieselben detaillierten Informationen wie bei seiner ersten Teilnahme an der UK Biobank vor fast 15 Jahren, darunter Angaben zum Lebensstil, körperliche Merkmale (wie Größe, Gewicht und Griffstärke) und eine Blutprobe.

„Ich habe mich für den Scan angemeldet, weil ich dazu beitragen möchte, eine gesündere Zukunft für uns alle zu schaffen. Deshalb habe ich mich vor über 15 Jahren ehrenamtlich für die UK Biobank engagiert – um den Wissenschaftlern zu helfen, die so hart für zukünftige Generationen arbeiten“, sagte Alison, Mitglied der UK Biobank Participant Advisory Group.

Bilddaten in diesem Umfang liefern mehr Informationen über seltene Krankheiten und verschiedene Stadien häufiger Erkrankungen. Wissenschaftler können gesunde Körper zudem besser mit Menschen mit mehreren Erkrankungen vergleichen und so letztlich aussagekräftigere Krankheitsmarker finden.

„Die Bildgebungsstudie der UK Biobank hat die biomedizinische Forschung nachhaltig verändert. Die enorme Datenmenge ermöglichte entscheidende Durchbrüche in der computergestützten Bildanalyse. Forscher können nun Größe, Form und Zusammensetzung praktisch jedes Organs und Gewebes im Körper in Sekunden statt in Stunden pro Person messen“, sagte Professor Louise Thomas, Professorin für Stoffwechselbildgebung an der University of Westminster.

Zusätzlich zu den Vorteilen, die Patienten bereits heute zugutekommen, liefern diese Bilddaten Impulse für die Grundlagenforschung, die zu neuen Diagnosetests und Behandlungen führen dürfte. Zu diesen Fortschritten zählen:

• Entwicklung eines KI-Modells, das eine personalisierte Version eines gesunden Herzens erstellt (basierend auf Alter, Geschlecht, Gewicht und Größe einer Person), mit der Unterschiede zwischen dem echten Herzen eines Patienten und dem Modell des gesunden Herzens erkannt und frühe Anzeichen einer Herzerkrankung festgestellt werden können.
• Die Entdeckung, dass unsere Organe biologisch älter sein könnten als unser chronologisches Alter, wird es Ärzten ermöglichen, anhand von Körperscans und klinischen Daten zu erkennen, welche Organe einem erhöhten Risiko für die Entwicklung von Krankheiten ausgesetzt sind und Wege zu finden, dies zu verhindern und so letztlich das Leben zu verlängern.
• Die Entdeckung neuer Verbindungen zwischen Herz und Gehirn. Beispielsweise, wie strukturelle Veränderungen im Herzen das Risiko für psychische Erkrankungen, einschließlich Depressionen, erhöhen. Dies ist wichtig für das Verständnis von Hirnerkrankungen.
• Demonstration, wie ein invasiver chirurgischer Eingriff zur Diagnose und Überwachung einer häufigen Erkrankung, der Fettlebererkrankung, durch MRT ersetzt werden kann.
• Durch die Kombination von MRT-Bildern mit anderen Gesundheitsdaten und den Einsatz künstlicher Intelligenz konnte der frühe Ausbruch von 38 Krankheiten vorhergesagt werden. Dies demonstriert die Leistungsfähigkeit fortschrittlicher Technologie bei der Vorhersage von Gesundheitsrisiken lange vor dem Auftreten von Symptomen.
• Es gibt Erkenntnisse, dass der Konsum von ein bis zwei Einheiten Alkohol pro Tag mit potenziell schädlichen Verringerungen der Gehirngröße und -struktur verbunden ist, was wahrscheinlich zu einem erhöhten Risiko von Gedächtnisverlust und Demenz führt.
• Dies zeigt, dass Menschen mit dem gleichen BMI aufgrund genetischer Faktoren Fett sehr unterschiedlich speichern können. Bei manchen erhöht sich dadurch das Risiko für Krankheiten wie Diabetes und Herzkrankheiten, während es bei anderen geschützt ist.
• Mithilfe von DEXA-Scans konnte festgestellt werden, dass jeder zehnte Mensch mittleren Alters ohne weitere Symptome Verkalkungen in der Bauchaorta (dem Hauptblutgefäß des Körpers) hat – eine Erkrankung, die zwar häufig nicht diagnostiziert wird, aber tödlich ist.

Daten dieser Größenordnung eröffnen die Möglichkeit, mithilfe von maschinellem Lernen Krankheiten Jahre vor dem Auftreten von Symptomen vorherzusagen.

„Es ist fantastisch, dass die UK Biobank eine solche Fülle an Daten von großzügigen Freiwilligen gesammelt hat, und die Scans liefern eine weitere Ebene exquisiter Details. Eine aktuelle Studie nutzte Gehirnscans von 20.000 Teilnehmern, Aktivitätsdaten und genetische Daten, um ein KI-Tool zu entwickeln, das vorhersagt, wer ein Alzheimer- und Parkinson-Risiko hat. Ich bin gespannt, was die Scans von 100.000 Menschen enthüllen werden!“, sagte Professor Paul Matthews, Vorsitzender der UK Biobank Imaging Working Group.

Das Projekt trug außerdem zur weltweiten Demokratisierung des Zugangs zu Bilddaten bei, indem es MR-Bilder in Daten umwandelte, die von Forschern außerhalb des Bildgebungsbereichs verwendet werden können, darunter auch von Wissenschaftlern in Ländern mit weniger Ressourcen.

„Wir haben unglaubliches Feedback von Forschern aus der ganzen Welt darüber erhalten, wie das Bildgebungsprojekt die Ergebnisse in Wissenschaftsbereichen nutzt, in denen die Verwendung von Körperscandaten bisher nicht in Betracht gezogen wurde“, sagte Professor Naomi Allen, wissenschaftliche Leiterin der UK Biobank.

Das Bildgebungsprojekt der UK Biobank startete 2014 als Pilotprojekt mit über 7.000 Freiwilligen – damals ein Rekord. Die Hauptphase begann 2016. 100.000 der 500.000 Freiwilligen der UK Biobank wurden zu fünfstündigen Bildgebungssitzungen in einem von vier spezialisierten Zentren im ganzen Land eingeladen. Auch nach Erreichen des Teilnehmerziels von 100.000 lädt das Projekt weiterhin Freiwillige zu Bildgebungssitzungen ein.

Die zweite Phase des Projekts begann 2022 und zielt darauf ab, 60.000 dieser 100.000 Teilnehmer frühestens zwei Jahre nach ihrer ersten Bildgebungssitzung erneut zu scannen. Das Projekt läuft noch und soll bis 2029 abgeschlossen sein.

Die Daten der UK Biobank werden zugelassenen Forschern stapelweise über die sichere, cloudbasierte UK Biobank Research Analysis Platform (UKB-RAP) zur Verfügung gestellt. Bilddaten aller 100.000 Teilnehmer werden den Forschern voraussichtlich bis Ende 2025 zur Verfügung stehen.