De bekendste toepassing van artificiële intelligentie (AI) in de geneeskunde is wellicht de analyse van beeldvormend onderzoek: geavanceerde computersystemen blijken zeer goed in staat om uit de enorme hoeveelheid informatie, die een röntgen- of MRI-opname bevat, de kenmerken van een afwijking of aandoening te distilleren. De ontwikkelde algoritmes bereiken een diagnostische accuratesse die zelfs hoger kan liggen dan die van de menselijke beoordeling van de beelden.

“Dit soort toepassingen zijn reeds ruim inzetbaar en zullen nog verder ontwikkeld worden. Maar de echte vernieuwingen die AI zal brengen, gaan over heel andere gebieden van de geneeskunde.” Aan het woord is professor Steven Latré. Hij is hoofd van de onderzoeksgroep Artificiële Intelligentie bij IMEC en professor aan de Universiteit Antwerpen. Zijn onderzoeksdomein is de samenwerking en wisselwerking tussen software en hardware. Dat kan gaan over de zelfrijdende auto, maar ook over toepassingen binnen de geneeskunde. We nemen u mee in een gesprek met één van onze toponderzoekers, die een verrassend brede visie op AI blijkt te hebben.

Data en patronen
“Laat ons beginnen met de manier waarop we data over de gezondheidstoestand van een patiënt zullen verzamelen. Daarbij zullen draagbare sensoren en wearables, een steeds belangrijkere rol gaan spelen. Zij verzamelen een massa longitudinale data over vitale functies zoals bloeddruk en hartritme, maar binnenkort ook over bewegingsparameters die typerend zijn voor musculoskeletale of neurodegeneratieve aandoeningen. Resultaten van on-site tests en data van wearables zullen door de patiënt worden opgeslagen, op een manier die we nu al bij geavanceerde smartwatches zien. Bij een consult zal de patiënt deze data ter beschikking stellen van zijn arts, die over een virtuele assistent zal beschikken die uit de massa data met een hoge mate van betrouwbaarheid bijzonderheden, zoals afwijkende patronen of aanwijzingen voor bepaalde aandoeningen, zal distilleren.”

Protein sequencing als opstap naar gepersonaliseerde medicatie
Maar het gaat verder: op dit moment laat DNA-sequencing ons toe in het genoom van een individu de genetische waarschijnlijkheid op een aandoening in te schatten.

Professor Latré vervolgt: “De volgende stap die in de pijplijn zit, is protein sequencing, het ontrafelen en identificeren van eiwitstructuren. Waar ons genoom opgebouwd is uit 4 bouwstenen, bestaan eiwitten uit 22 aminozuren die op duizenden manieren aaneengeschakeld zijn in een veelheid van driedimensionale structuren. De NanoPort-chip, die momenteel bij IMEC ontwikkeld wordt, kan door het meten van subtiele veranderingen in elektrische stroompjes de aminozuursequentie en de driedimensionale structuur van een eiwit, een receptor of een enzym identificeren. Dit zal er toe leiden dat we van iedere patiënt een individueel profiel van zijn eiwitopbouw, inclusief afwijkingen kunnen bepalen. De volgende stap zal dan zijn dat hij of zij op basis van dat profiel een gepersonaliseerd geneesmiddel kan krijgen.”

Op de vraag hoe de farma-industrie deze veelheid aan gepersonaliseerde geneesmiddelen zal ontwikkelen, komt het antwoord ook van AI: “Door het toepassen van generatieve modellen zal ook de research en de ontwikkeling van geneesmiddelen drastisch veranderen. Generatieve modellen kennen we van chatbots, zoals ChatGPT of Bing. Ze zijn in staat taal (zinnen) te genereren als antwoord op een vraag of een opdracht die hen in de vorm van een zin wordt gepresenteerd. Maar ze kunnen ook de taal van de eiwitten (eiwitsequenties) gebruiken om een molecule te ontwerpen die past bij een individueel eiwitprofiel dat we hen voorleggen. De ontwikkeltijd en de kosten voor een nieuw medicijn zullen op die manier drastisch gereduceerd worden.”

Neuronen en retinascans
“Een andere baanbrekende ontwikkeling is de brain-­on-chip-technologie, waarbij we uit stamcellen neuronen opkweken die op een microchip worden geplaatst en gaan interageren met hun interface. De interactie tussen chip en neuron maakt het niet alleen mogelijk onderzoek te doen naar neurotoxiciteit van stoffen of naar de mechanismen achter neurodegeneratieve aandoeningen, maar ook naar de effectiviteit van nieuwe geneesmiddelen voor neurologische ziekten. Daarbij neemt ook het gebruik van de retinascan (optical coherence tomography: OCT) een hoge vlucht. De retina biedt niet alleen een unieke inkijk in het centrale zenuwstelsel, maar blijkt ook vitale informatie over de conditie van hart en bloedvaten te leveren. Voor de verwerking van de enorme hoeveelheid meetgegevens die deze OCT oplevert, doen we opnieuw beroep op artificiële intelligentie. IMEC werkt aan technieken die OCT-toepassingen on-site mogelijk maken.

IMEC als koploper
Dit soort onderzoek vereist natuurlijk strikt gecontroleerde omstandigheden. IMEC beschikt daarvoor in Leuven over de best mogelijke wet labs. Bovendien is IMEC koploper in de ontwikkeling en vervaardiging van de nodige uiterst geavanceerde microchips, die in speciale clean rooms plaatsvindt. De ontwikkeling van nieuwe geneesmiddelen zal in de toekomst gebeuren in een speciaal wet lab met behulp van generatieve modellen die op basis van het persoonlijk profiel van het individu, een gepersonaliseerd geneesmiddel zullen ontwerpen.”

Toekomstige organisatie van de gezondheidszorg
Dat de rol van de arts door deze ontwikkelingen radicaal zal veranderen lijkt onvermijdelijk? Professor Latré schetst de gang van zaken zoals hij die ziet: “De arts van de toekomst zal op gezette tijden vanuit zijn praktijk een overzicht bekijken van de data die door de patiënt zelf via zijn wearables en via sensoren aan een datasysteem worden aangeleverd. Het systeem zal hem waarschuwen wanneer er afwijkingen of bijzonderheden optreden. Dan zal hij de patiënt uitnodigen voor een consult en samen met hem of haar deze informatie bespreken. AI-gestuurde onderzoeken zoals protein sequencing en OCT zullen on-site het klinisch profiel vervolledigen en indien nodig zal korte tijd later een geïndividualiseerd medicijn worden vervaardigd, inclusief een nauwkeurige dosering. De benodigde tijd en de kosten zullen door het gebruik van geavanceerde chiptechnologie afnemen, zodat deze geneeskunde voor iedereen bereikbaar en beschikbaar zal blijven.”

Zulke drastische veranderingen zullen ongetwijfeld ook een impact hebben op de gehele organisatie van de gezondheidszorg, inclusief de taak van de ziekenhuizen. “Ziekenhuizen worden in de toekomst data-organisaties. Momenteel verzamelt iedere specialist of afdeling een massa klinische data over een persoon, maar deze worden in aparte silo’s bewaard, die niet onderling verbonden zijn. Het nieuwe databeheer zal al deze silo’s met elkaar laten communiceren. Meer data leveren meer kennis op, allemaal ten voordele van de patiënt.”

Databescherming
Al ziet deze toekomstvisie er schitterend uit, toch waarschuwt professor Latré voor overdreven optimisme. “Eén van de belangrijke vragen waarmee we ons als wetenschappers en clinici bezighouden, is hoe we deze datastroom in veilige handen houden. Uit ethische en principiële overwegingen vinden we het niet wenselijk dat individuele data in handen komen van overheden of van commerciële partijen. Idealiter zou iedere patiënt zijn data in een digitale kluis moeten kunnen bewaren. Hij kan dan de arts te gepasten tijden en voor de duur van zijn interventie toegang verlenen tot die kluis, waarna hij ze weer virtueel op slot doet. In Europees verband legt de Data Act de randvoorwaarden voor zulk systeem vast: rechtszekerheid over het eigendom van de data, het voorkomen van misbruik en een correcte afbakening tussen publieke en private verantwoordelijkheden. Voor de uitwerking van deze principes grijpen we terug naar het werk van Tim Berners-Lee, de grote pionier van het World Wide Web, die kort na het eerste succes van het internet reeds opriep tot een zorgzame omgang met de data van zijn gebruikers en daartoe met SoLiD (Social Linked Data) een tool ontwikkelde. De Europese Unie omarmt deze evolutie en wij als IMEC zijn trots dat we namens Vlaanderen daarin een koplopersrol spelen.”

Wanneer we stellen dat de toepassing van AI in ons land in goede handen is, is dat een understatement. Onze onderzoekers zijn niet alleen academische toppers en koplopers in de razendsnelle ontwikkeling van de geneeskunde van de toekomst. Ze blijken ook die ethische en menselijke reflex te hebben om de belangen van de pa­tiënt op de voorgrond te plaatsen. We mogen vertrouwen hebben dat onze onderzoekers niet alleen de beste ­technische skills beheersen, maar ook de beste ethische standaarden hanteren.