Projekt SYNTHIA: Synthetische Daten treiben die personalisierte Medizin voran

Im Projekt SYNTHIA sollen innovative KI-Verfahren synthetische Patientendaten erzeugen. Dies könnte künftig helfen, datenschutzrechtliche Hürden beim Teilen von Daten zu überwinden, Vorhersagemodelle für die personalisierte Medizin zu verbessern oder klinische Studien zu emulieren. Die Innovative Health Initiative (IHI), ein Zusammenschluss forschender Pharma- und Medizintechnikunternehmen in Kooperation mit der Europäischen Union, fördert das Projekt.

Wie erkennt man frühzeitig Brust- und Lungenkrebs oder neurodegenerative Krankheiten? Wie lassen sich wirksame Medikamente entwickeln und wie kann man vorhersagen, für wen diese einen Nutzen haben werden? Ein Schlüssel hierzu ist die Analyse großer Mengen von Patientendaten mit Künstlicher Intelligenz (KI). Doch der Zugang zu solchen Daten ist aus datenschutzrechtlichen Gründen oft langwierig und teuer. Vertragsverhandlungen dauern häufig Jahre, und es ist unklar, ob die letztlich erhaltenen Daten tatsächlich geeignet sind, eine spezifische wissenschaftliche Frage zu beantworten.

Spätestens seit dem Erscheinen von ChatGPT ist bekannt, dass sogenannte generative KI-Verfahren täuschend echte Texte, Bilder oder Musikstücke erzeugen können. Doch funktioniert das auch für Patientendaten? Genau hier setzt das Forschungsprojekt SYNTHIA an.

SYNTHIA widmet sich der verantwortungsvollen Erzeugung qualitativ hochwertiger synthetischer Daten durch maßgeschneiderte generative KI-Verfahren. Solche synthetischen Daten könnten dann nicht nur helfen, datenschutzrechtliche Hürden beim Teilen realer Daten zu überwinden, sondern sie könnten auch dazu beitragen, KI-Verfahren zu verbessern, die etwa die Frühdiagnose von Alzheimer ermöglichen. Außerdem könnten synthetische Patientendaten genutzt werden, um Kontrollgruppen für klinische Studien zu emulieren und somit die Zulassung neuer Medikamente zu beschleunigen.

Im Projekt SYNTHIA entsteht eine moderne IT-Plattform, mit der sich synthetische Patientendaten erzeugen, bewerten und anschließend in verschiedenen Szenarien anwenden lassen. Dabei arbeiten die Fraunhofer-Institute für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI, für Translationale Medizin und Pharmakologie ITMP und für Digitale Medizin MEVIS eng mit Partnern aus Industrie und Wissenschaft zusammen. SYNTHIA verfolgt einen umfassenden Ansatz, der verschiedene Datentypen und Datenschutzanforderungen berücksichtigt. Innovative Konzepte wie Digitale Zwillinge, die Emulation klinischer Studien und föderiertes Maschinelles Lernen fließen ebenfalls in die Forschungsarbeiten ein.

Prof. Dr. Holger Fröhlich, Leiter der Arbeitsgruppe KI & Data Science bei Fraunhofer SCAI und Mitglied der Gesamtprojektleitung, betont das Potenzial generativer KI-Methoden zur Synthese von Patientendaten für die Medizin: »Wir forschen seit Jahren auf diesem Gebiet und möchten unsere Methoden mit den Projektpartnern weiterentwickeln und anwenden«. Fraunhofer SCAI bringt zusätzlich generative KI-Ansätze für klinische Studien im Bereich der Alzheimer-Krankheit ein. Fröhlich leitet diesen speziellen Anwendungsfall in Zusammenarbeit mit Gates Ventures, der privaten Investmentfirma von Bill Gates, dem Mitbegründer von Microsoft. Ein besonderes Augenmerk von Gates Ventures liegt auf der Bekämpfung globaler Gesundheitsprobleme, unter anderem von Alzheimer.

Der Fokus liegt auf sechs Krankheiten

SYNTHIA untersucht auch die Qualität und Anwendbarkeit der synthetisch erzeugten Patientendaten. Dazu validiert das Projektteam Methoden für verschiedene Datentypen, beispielsweise Laborergebnisse, Genomdaten und bildgebende Diagnostik. Der Fokus liegt auf sechs Krankheiten: Lungenkrebs, Brustkrebs, Multiples Myelom, Diffuses großzelliges B-Zell-Lymphom, Alzheimer und Typ-2-Diabetes

Das SYNTHIA-Konsortium besteht aus 32 Partnern aus Medizin, Pharmaforschung, Medizintechnik und Wissenschaft. Es umfasst Datenwissenschaftler, klinische Forscher, Juristen und Datenschutzexperten. Gemeinsam arbeiten sie daran, die Nutzung synthetischer Daten voranzutreiben und so Entdeckungen in der Medizin zu beschleunigen.

Das »Innovative Health Initiative Joint Undertaking (IHI JU)« fördert das Projekt von September 2024 bis August 2029 mit 24,1 Millionen Euro (Fördernummer 101172872). Das JU erhält Unterstützung durch das Forschungs- und Innovationsprogramm »Horizon Europe« der Europäischen Union sowie durch COCIR, EFPIA, EuropaBio, MedTech Europe, Vaccines Europe und DNV.

Weitere Informationen unter: https://www.ihi-synthia.eu/

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Ansprechpartner:
Prof. Dr. Holger Fröhlich
Gruppenleiter KI & Data Science
Stv. Abteilungsleiter Bioinformatik
Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI
Schloss Birlinghoven 1, 53757 Sankt Augustin
E-Mail: holger.froehlich@scai.fraunhofer.de
www.scai.fraunhofer.de/bio

Weitere Informationen:

https://www.ihi-synthia.eu/
https://www.scai.fraunhofer.de/bio