Ein zwölfköpfiges Überwinterungsteam an der Concordia-Station in der Antarktis – einem der realistischsten Analoga für zukünftige Weltraummissionen – wurde über einen Zeitraum von zehn Monaten von Forschenden begleitet. Mithilfe tragbarer Proximity-Sensoren und wiederholter psychologischer Erhebungen gelang es dem Studienteam um Prof. Dr. Sebastian Walther vom Universitätsklinikum Würzburg (UKW), detailliert darzustellen, wie sich sozialer Kontakt, Gruppenzusammenhalt, Konflikte sowie Gefühle von Einsamkeit und Misstrauen im Zeitverlauf verändern. Die im Journal PNAS (The Proceedings of the National Academy of Sciences) veröffentlichten Ergebnisse zeigen zunehmende zwischenmenschliche Spannungen, die Bildung von Untergruppen und steigendes Misstrauen trotz räumlicher Nähe. Die Resultate verdeutlichen zentrale psychosoziale Risiken für Teams in isolierten, begrenzten und extremen Umgebungen und zeigen zugleich das Potenzial tragbarer Sensoren für eine kontinuierliche, unaufdringliche Messung sozialer Interaktionen in kleinen Gruppen.

Würzburg. Mit der erfolgreichen Mondumrundung Anfang April ist die Menschheit einen weiteren Schritt in Richtung langfristiger Weltraummissionen gegangen. Während technische Hürden zunehmend überwunden werden, rückt eine weitere Herausforderung in den Fokus: das Zusammenleben von Menschen unter extremen Bedingungen. Obwohl gesunde zwischenmenschliche Beziehungen und der Teamzusammenhalt für den Missionserfolg entscheidend sind, fehlen detaillierte Langzeitdaten zur Entwicklung sozialer Interaktionen und zum Funktionieren von Teams während längerer Isolation. 

Überwinterungsteam der antarktischen Concordia-Station wurden zehn Monate mit Näherungssensoren begleitet

Das hat Prof. Dr. Sebastian Walther, Direktor der Klinik und Poliklinik für Psychiatrie, Psychosomatik und Psychotherapie des Universitätsklinikums Würzburg (UKW) nun geändert. Gemeinsam mit einem internationalen Team der Universitäten Bern, Zürich, Turin, Lissabon, Madrid und Melbourne analysierte der Psychiater, wie sich Isolation und Enge auf eine Crew auswirken. Dazu begleiteten die Forschenden zwölf Mitglieder des Überwinterungsteams der Concordia-Station in der Antarktis zehn Monate lang mit tragbaren Näherungssensoren und wiederholten psychologischen Befragungen.

Die isolierte, begrenzte, extreme Umgebung ist vergleichbar mit Weltraummissionen

Während des antarktischen Winters, der von Mitte Februar bis Mitte November dauert, ist die Forschungsstation Concordia vollständig von der Außenwelt abgeschnitten. „Ihre extreme Abgeschiedenheit ist sogar größer als die der Internationalen Raumstation (ISS)“, erläutert Sebastian Walther. „Sie erfordert eine außergewöhnliche Vorbereitung auf Selbstversorgung in Notfällen und stellt eine erhebliche Belastung für die dort arbeitenden Teams dar.“ Für Aktivitäten im Freien müssen die Crewmitglieder schwere Schutzanzüge tragen und den extremen Bedingungen – bis zu minus 80 Grad auf einer Höhe von 3.200 Metern – trotzen. „Die feindlichen äußeren Bedingungen, die Abhängigkeit von Technologie zur Lebenserhaltung, begrenzte Rettungsmöglichkeiten und Kommunikationsverzögerungen sowie die räumliche Enge und die Arbeit in kleinen, isolierten multikulturellen Teams sind zentrale Merkmale, die ein Überwinterungsteam der Concordia-Station mit einer Langzeit-Weltraummission teilt“, so Walther. 

Bisherige Untersuchungen zu Überwinterungsteams in der Antarktis konzentrierten sich auf individuelle Faktoren wie Stimmung und Schlaf. Dabei zeigte sich eine konsistente Verschlechterung dieser Werte im Verlauf der Missionen. Walther und sein Team konzentrierten sich hingegen auf soziale Interaktionen, Misstrauen, Einsamkeit und Teamdynamik. Da eine extreme Isolation die Wahrnehmung von Häufigkeit und Qualität sozialer Interaktionen und Teamprozessen verzerren kann, kamen sogenannte Proximity-Sensoren zum Einsatz. Mithilfe dieser tragbaren Sensoren konnten alle näheren Interaktionen der Teammitglieder untereinander zuverlässig erfasst werden: Wer trifft wen, wie oft und wie lange? So entstand ein Netzwerk sozialer Kontakte im Team. 

Selbst psychisch robuste Personen entwickeln unter extremen Bedingungen paranoide Gedanken und misstrauen Teammitgliedern

Zusätzlich gaben Selbstauskünfte der Teammitglieder wertvolle Einblicke in subjektive Erfahrungen. Die Teilnehmenden berichteten beispielsweise bereits zur Mitte der Mission von erhöhtem Misstrauen, obwohl sie zuvor strenge Auswahlverfahren durchlaufen hatten. Nach einigen Monaten glaubten sie, dass andere über sie sprechen, oder sie beobachteten. 

„Diese paranoiden Tendenzen und das Misstrauen verdeutlichen, dass selbst psychisch robuste Personen unter extremen Bedingungen eine verzerrte soziale Wahrnehmung entwickeln können“, kommentiert Sebastian Walther. Diese psychologischen Dynamiken, welche die Funktionsfähigkeit von Teams in Langzeitmissionen beeinflussen können, wurden bislang wenig beachtet.

„Aus Untersuchungen mit Menschen mit manifestem paranoidem Erleben wissen wir, dass Nähe als besonders belastend und stressig empfunden wird“, sagt Walther und verweist auf zwei entsprechende Studien, die er dazu publiziert hat. Bislang wurde angenommen, dass Schlafstörungen und ein negatives Selbstkonzept besonders gefährlich für das Entstehen von paranoidem Erleben sind. Die aktuelle Studie zeige jedoch, so Walther, dass auch Isolation unter Extrembedingungen zu deutlichen paranoiden Symptomen führen könne.

Wenn Nähe zur Belastung wird – Mehr Kontakt, mehr Konflikt 

Die Ergebnisse zeigten neben einem Anstieg paranoider Gedanken auch stärkere Einsamkeit sowie eine Zunahme von Konflikten, während der Teamzusammenhalt und die individuell wahrgenommene Leistungsfähigkeit abnahmen. Interessanterweise nahmen die durch die Sensoren erfassten zwischenmenschlichen Interaktionen im Zeitverlauf zu, ohne jedoch mit verbessertem Wohlbefinden oder einer gesteigerten Teamdynamik einherzugehen. Im Gegenteil: Häufigere Kontakte führten teilweise sogar zu mehr Konflikten und einer größeren psychischen Belastung. Die Studie deutet somit darauf hin, dass nicht nur Isolation, sondern auch enge räumliche Begrenzung beziehungsweise dauerhafte räumliche Nähe eine zentrale Belastung darstellen und zwischenmenschliche Spannungen auslösen können. 

Risiko sozialer Fragmentierung in multikulturellen Teams

Zudem bildeten sich innerhalb des Teams, das sich aus Teilnehmenden italienischer und französischer Nationalität sowie einer Person aus einem weiteren Mitgliedsstaat der European Space Agency (ESA) zusammensetzte, Untergruppen entlang von Sprache und Nationalität. Dieses Muster entspricht dem Prinzip der Homophilie nach dem Motto „Gleich und Gleich gesellt sich gern“ und zeigt hier, dass Menschen unter Unsicherheit dazu neigen, sich stärker mit ähnlichen Gruppen zu identifizieren. Die Autoren vermuten, dass sich die Gruppengrenzen mit zunehmender Erschöpfung verstärkt haben und weisen auf das Risiko einer sozialen Fragmentierung und Polarisierung in internationalen Missionen hin. 

SocioPatterns-Sensoren eignen sich als Instrument zur langfristigen Überwachung von Teaminteraktionen in ICE-Umgebungen 

Für zukünftige Langzeitmissionen, etwa zum Mars, könnten solche Dynamiken von entscheidender Bedeutung sein. „Erfolg im All hängt nicht nur von der Technik ab, sondern auch davon, wie gut Menschen unter extremen Bedingungen zusammenarbeiten“, kommentiert Sebastian Walther. Gleichzeitig zeigt die Studie, dass tragbare Sensoren – in der Studie kamen so genannte SocioPatterns-Sensoren zum Einsatz – ein vielversprechendes Instrument sind, um Teaminteraktionen in sogenannten ICE-Umgebungen (engl. isolated, confined, extreme, dt. isoliert, begrenzt, extrem) kontinuierlich und unaufdringlich zu erfassen und potenzielle Probleme frühzeitig zu erkennen.

Die gewonnenen Erkenntnisse sind nicht nur für die Raumfahrt relevant: Sie könnten auch in anderen extremen Arbeitsumgebungen wie etwa in U-Booten, auf Offshore-Plattformen oder eben in abgelegenen Forschungs- und Militärstationen helfen, Teams stabiler und widerstandsfähiger zu machen.

Information zur Concordia-Station: Die Concordia-Station befindet sich auf einem ostantarktischen Plateau und wird gemeinsam vom französischen Polarinstitut (Institut Polaire Français Paul-Émile Victor, IPEV) und dem italienischen Antarktisprogramm (Programma Nazionale di Ricerche in Antartide, PNRA) betrieben. Die Station wurde 2004 als Forschungszentrum für verschiedene Disziplinen, darunter Glaziologie, Atmosphärenwissenschaften, Astronomie, Astrophysik, Geowissenschaften und Technologie, gegründet. Auf einer Höhe von 3.200 Metern gelegen, sind die Bewohner der Concordia-Station einem reduzierten Sauerstoffgehalt und chronischem hypobarem Hypoxiestress ausgesetzt. Die Umweltbedingungen gehören zu den extremsten auf der Erde: Die durchschnittliche Wintertemperatur beträgt −51 °C, die Extremwerte erreichen bis zu −80 °C. Die abgelegene Lage – 950 Kilometer von der nächsten Küste, 1 670 Kilometer vom Südpol und 560 Kilometer von der nächstgelegenen Station entfernt – verstärkt die Isolation zusätzlich.

Text: Kirstin Linkamp / Wissenschaftskommunikation

Publikation: Andrea Cantisani, Jan B. Schmutz, Pedro Marques-Quinteiro, Lorenzo Dall’Amico, Ciro Cattuto, Mirko Antino, Walter J. Eppich, Katharina Stegmayer, and Sebastian Walther. Social interactions in isolated, confined, and extreme environments: A study of Antarctic winter teams using wearable sensors. PNAS. 2026 Vol. 123 No. 0 e2533420123 https://doi.org/10.1073/pnas.2533420123

Würzburg. Die interdisziplinäre Zusammenarbeit ist eine der herausragenden Stärken der Universitätsmedizin Würzburg. Auf dem Campus arbeiten die unterschiedlichsten Bereiche zusammen, um die Vorbeugung, Diagnose und Behandlung verschiedener Erkrankungen zu verbessern. Bestes Beispiel hierfür ist der Sonderforschungsbereich (SFB 1525) „Kardio-immune-Schnittstellen“, auf englisch Cardioimmune Interfaces. 

In dem seit Ende 2022 von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Sonderforschungsbereich (SFB) untersuchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus den Bereichen Kardiologie, Immunologie, RNA-Biologie, Bioinformatik, Bildgebung, Nuklearmedizin und Pharmazie gemeinsam auf dem Würzburger Campus die Entzündungsreaktionen und immunologischen Prozesse, die bei verschiedenen Herzmuskelerkrankungen ausgelöst werden. 

Weltweit einzigartiger Forschungsverbund

„Wir bringen Expertinnen und Experten zu fokussierten aber wichtigen Thema zusammen, die vorher noch nie zusammengearbeitet haben. Damit ist es uns in Würzburg gelungen, ein weltweit einzigartiges Zentrum zu etablieren“, sagt Prof. Dr. med. Stefan Frantz, Direktor der Medizinischen Klinik I des UKW und Sprecher des SFB. Die außergewöhnliche Dynamik und die enge Verzahnung der einzelnen Projekte von der Grundlagenforschung bis zur klinischen Anwendung haben die Gutachterinnen und Gutachter überzeugt: Die DFG hat nun die zweite Förderperiode bewilligt. In den kommenden vier Jahren erhält der SFB weitere zwölf Millionen Euro. 

Entzündungsreaktionen als Schlüsselmechanismus

Entzündungsreaktionen und immunologische Prozesse sind bei vielen Herzerkrankungen entscheidend beteiligt – mit sowohl schützenden als auch schädlichen Effekten. Nach einem Herzinfarkt unterstützt die Immunaktivierung zunächst die Heilung, kann bei anhaltender Reaktion jedoch die Herzfunktion beeinträchtigen. Auch bei chronischen Durchblutungsstörungen und Herzschwäche spielt das Immunsystem eine zentrale Rolle. Die zugrunde liegenden Mechanismen sind jedoch noch nicht vollständig verstanden. „Erst wenn wir diese Mechanismen verstehen, können wir sie gezielt therapeutisch nutzen“, sagt Stefan Frantz.

In der ersten Förderperiode des SFB konzentrierten sich die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zunächst auf vier Fragestellungen. Finden wir neue mechanistische Wege, wie anhaltende Immunreaktionen und Entzündungen eine schlechte Herzfunktion beeinflussen können? Können wir nicht invasiv mit Bildgebung herausfinden, ob eine erhöhte Entzündungsreaktion vorliegt? Wie gelingt die Translation, also wie können wir die Ideen aus der Grundlagenforschung in die Klinik bringen? Und schließlich: Wie bilden wir Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus, die sowohl die Entzündung als auch die Kardiologie beherrschen?

Interaktionen zwischen Antigenen und Antikörpern sowie Antigenen und T-Zellen

„Mich persönlich fasziniert die Interaktionen zwischen Antigenen und Antikörpern sowie zwischen Antigenen und T-Zellen. Das heißt, wie unser Immunsystem mit seinen aktiven Abwehrzellen, den T-Zellen, und seinen Werkzeugen, den Antikörpern, auf körpereigene Schäden reagiert“, schildert Stefan Frantz. „Spannend finde ich auch, wie diese Prozesse durch Infektionen beeinflusst werden und welche Erkenntnisse moderne Bildgebungsverfahren liefern können. Damit lassen sich Prozesse im Körper untersuchen, die bisher kaum nachvollziehbar waren.“ 

Prof. Dr. med. Alma Zernecke-Madsen, stellvertretende Sprecherin des SFB und Leiterin des Instituts für Experimentelle Biomedizin II am UKW, ergänzt: „In unserem Verbund betrachten wir das Herz durch die Linse der Immunologie. Unser Ziel ist es, neue immunologische Mechanismen zu identifizieren und damit auch Ansätze für die Diagnose und die Immuntherapie der Herzschwäche zu finden.“ 

Internationale Aufmerksamkeit für die Würzburger Kardioimmunologie

Die Forschung und Verwaltung des SFB werden von den wissenschaftlichen Sekretären Prof. Dr. med. Ulrich Hofmann und Prof. Dr. rer. nat. Gustavo Ramos koordiniert. Für sie war ein Highlight der ersten Förderperiode die Ausrichtung des zweiten Kardioimmunologie-Kongresses im oberfränkischen Kloster Banz, der mit finanzieller Unterstützung der DFG durchgeführt wurde. Im Juni 2024 kamen 135 Teilnehmerinnen und Teilnehmer aus aller Welt nach Oberfranken, um sich drei Tage lang über die neueste Forschung an der Schnittstelle von Immunologie und Kardiologie auszutauschen, einen Überblick über die jüngsten Fortschritte bei der Steuerung therapeutischer Interventionen bei kardialen Entzündungen zu erhalten und sich zu vernetzen (siehe dazu die PM vom 9.7.2024).

Nachwuchs für ein neues Forschungsfeld

Um das Forschungsfeld bundesweit zu vernetzen, initiierte Gustavo Ramos im vergangenen Jahr in der Deutschen Gesellschaft für Kardiologie (DGK) die Arbeitsgruppe „Kardio-Immunologie“ (AG 46). Das nationale Netzwerk soll die Forschung an der Schnittstelle von Herzmedizin und Immunologie in Deutschland stärken. Ramos setzt sich zudem intensiv für den Nachwuchs ein. So initiierte er beispielsweise die inzwischen jedes Jahr stattfindende „Summer School Cardio-Immune Interfaces“, die von Studierenden organisiert wird und Doktorandinnen und Doktoranden aus der ganzen Welt anzieht. 

„Für den Fortschritt in der Kardioimmunologie brauchen wir Nachwuchswissenschaftlerinnen und Nachwuchswissenschaftler, die sowohl kardiologisch als auch immunologisch denken – nur so gelingt echte Translation und interdisziplinäre Zusammenarbeit“, erläutert Gustavo Ramos. Der Biologe hat seit Dezember 2023 eine von der DFG geförderte Heisenberg-Professur für Immunkardiologie inne. Nach erfolgreicher Evaluation wird diese 2029 in eine permanente Professur überführt (siehe dazu die PM vom 12.12.2023). 

Laut Stefan Frantz ist auch das eine Erfolgsgeschichte. Insgesamt erhielt jeder dritte der knapp 30 Wissenschaftler, die im SFB ein Projekt leiten, in der letzten Förderperiode eine Professur oder konnte am Standort gehalten werden. Zudem wurden rund 40 Promotionsstellen geschaffen. Auch die Zahl der Publikationen aus der ersten Förderperiode kann sich sehen lassen: Der SFB verzeichnete mehr als 200 Publikationen, davon wurde jede fünfte in einer Fachzeitschrift mit einem Impact Factor von über 20 veröffentlicht, gehört also zu weltweit herausragenden Publikationen. Darüber hinaus konnten zwei Patente angemeldet werden: eines für die Bildung und eines für eine CAR-T-Zelle.

Neue Projekte zur CAR-T-Zelle, Nanotechnologie und Spatial Transcriptomics

CAR-T-Zellen wurden ursprünglich für die Krebsbehandlung entwickelt und sind in der EU bislang nur zur Behandlung bestimmter hämatologischer Krebserkrankungen zugelassen. Würzburg hat sich international als bedeutender Forschungsstandort für CAR-T-Zelltherapien etabliert. Im Gegensatz zu klassischen Chemotherapien bekämpfen CAR-T-Zellen den Tumor nicht direkt mit einem Medikament, sondern sie verstärken das eigene Immunsystem gezielt. Deshalb wird diese Technologie inzwischen auch für andere Erkrankungen erforscht, jetzt zum Beispiel auch im Sonderforschungsbereich „Kardio-immune Schnittstellen“. In der zweiten Förderperiode sollen gemeinsam mit der Würzburger Hämatologie CAR-T-Zellen konstruiert werden, die sich positiv auf das Herz auswirken.

Ein weiteres neues Forschungsprojekt stammt aus dem Bereich der Pharmazie. In diesem werden nanoskalige Trägersysteme entwickelt, um Arzneistoffe bzw. bildgebende Komponenten gezielt an definierte Zielstrukturen zu transportieren. Ebenfalls neu ist ein Projekt im Bereich Spatial Transcriptomics, in dem Genexpressionsprofile einzelner Zellen direkt im Gewebekontext analysiert werden. Mithilfe selbst entwickelter Organoidmodelle können diese Prozesse funktionell untersucht werden.

Neue Wege für Diagnostik und Therapie

Alle bereits etablierten Forschungsprojekte werden zudem kontinuierlich vorangetrieben. „Schließlich ist der SFB auf die maximale Förderdauer von zwölf Jahren ausgelegt“, sagt Stefan Frantz und blickt mit Stolz und Freude auf das Konsortium: „Das Ganze hat sich strukturell wunderbar entwickelt. Der gesamte Standort ist engagiert. So kommen wir unserem Ziel, neue immunbasierte Diagnose- und Therapiewege im Bereich der Kardiovaskulärmedizin zu entwickeln, entschieden näher.“

Am Universitätsklinikum Würzburg (UKW) ist die vom Bayerischen Zentrum für Krebsforschung (BZKF) geförderte neue Forschungsgruppe „BAVARIA 3D“ gestartet. Das Akronym steht für „Bavarian Approach to Validating Responses to Immunotherapy Applications in 3D Models for Multiple Myeloma“ – ein bayerischer Ansatz zur Validierung der Reaktionen auf Immuntherapien in 3D-Modellen für das Multiple Myelom. Das heißt: Das standortübergreifende Konsortium testet in dreidimensionalen Gewebemodellen neue Immuntherapien gegen das Multiple Myelom. Ziel ist es, die Wirksamkeit moderner Therapieverfahren bei dieser Form von Knochenmarkskrebs besser zu verstehen und individuelle Behandlungserfolge künftig präziser vorhersagen zu können. Das Projekt integriert die Expertise mehrerer BZKF-Standorte und Leuchtturmplattformen und steht beispielhaft für die strategische Vernetzung der Krebsforschung in Bayern.

Würzburg. Das Multiple Myelom gilt heute zwar oft als gut behandelbar, aber nicht als dauerhaft heilbar. Die Schwierigkeit liegt vor allem in mehreren biologischen Eigenschaften dieser Form von Knochenmarkskrebs. Die Tumorzellen sind genetisch sehr heterogen und entwickeln sich während der Therapie ständig weiter, wodurch resistente Zellklone entstehen. Zudem schützt das Mikromilieu des Knochenmarks verbliebene Krebszellen, sodass selbst nach einer zunächst erfolgreichen Behandlung häufig Rückfälle auftreten.

Im neuen Konsortium „BAVARIA 3D“, das vom Bayerischen Zentrum für Krebsforschung (BZKF) gefördert wird, stehen daher neu entwickelte dreidimensionale, patientenspezifische Knochenmark-Modelle im Zentrum, welche die komplexe Tumorumgebung des Multiplen Myeloms realitätsnah nachbilden. Diese sogenannten „Patienten-Avatar-Modelle“ kombinieren Tumorzellen mit unterstützenden Blut-, Gefäß- und Immunzellen und ermöglichen erstmals eine funktionelle Testung von Therapien unter nahezu physiologischen Bedingungen.

Neue Ansätze zur Überwindung von Therapieresistenzen

BAVARIA 3D adressiert somit zentrale Herausforderungen der Myelomforschung: die Entstehung von Therapieresistenzen, die Rolle des Immunsystems im Tumorumfeld sowie die Identifikation neuer therapeutischer Zielstrukturen. 

Warum sprechen manche Tumoren irgendwann nicht mehr auf Therapien an? Welche Rolle spielt das Immunsystem dabei und wie können neue Angriffspunkte für Medikamente gefunden werden? 

Zu diesem Zweck werden unter anderem innovative TNF-Rezeptor-Agonisten zur Aktivierung von Immunantworten getestet, Mechanismen des Ubiquitin-Proteasom-Systems, also des zellulären Proteinabbaus, untersucht, T-Zell- und CAR-T-Zell-Antworten auf Tumorzellen analysiert und phosphoproteomische Biomarker, also Eiweißmerkmale als mögliche Therapiehinweise, identifiziert. Ergänzt wird dieser experimentelle Ansatz durch moderne computergestützte Bildanalysen und Modellierungen, die Therapieeffekte simulieren und personalisierte Behandlungsstrategien unterstützen sollen.

Brücke zwischen molekularer Analyse und klinischer Anwendung

„Mit diesen 3D-Modellen schaffen wir eine Brücke zwischen molekularer Analyse und klinischer Anwendung. Unser Ziel ist es, das Ansprechen auf Therapien nicht nur zu beschreiben, sondern auch mechanistisch zu verstehen und vorherzusagen“, erklärt Prof. Dr. Dr. Andreas Beilhack, der das Projekt am UKW leitet.

Beilhack koordiniert das Projekt gemeinsam mit Dr. Paula Tabares. Bei der Weiterentwicklung der Modelle spielt die federführende Wissenschaftlerin Dr. Dalia Sheta eine zentrale Rolle. Die Infektionsbiologin etabliert insbesondere innovative dynamische Bildgebungsverfahren zur Analyse von Immuninteraktionen zwischen Tumorzellen, Stromazellen und Immunzellen. Unterstützt wird sie durch ein engagiertes Nachwuchsteam, zu dem die Doktorandin Hannah Manz und der Doktorand Alexis Gonzalez gehören.

Starke Kooperation im BZKF-Netzwerk

Ganz im Sinne des standortübergreifenden Ansatzes des BZKF sind weitere bayerische Universitätsstandorte an dem Projekt beteiligt. BAVARIA 3D vereint führende Expertinnen und Experten aus Würzburg, Augsburg, Erlangen, Regensburg und München (TUM, LMU) und bündelt interdisziplinäre Kompetenzen aus den Bereichen Immunologie und Proteomik – also der Analyse krankheitsrelevanter Proteine – sowie Bildgebung, mathematische Modellierung und translationale Onkologie.

„Das Bayerische Zentrum für Krebsforschung ist ein zentraler Motor für Innovation und Translation. Dank der weitsichtigen Förderung durch das Bayerische Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst können wir exzellente Forschung standortübergreifend bündeln und schneller zum Nutzen der Patientinnen und Patienten einsetzen“, betont Andreas Beilhack.

BAVARIA 3D kann personalisierte Therapiekonzepte entscheidend voranbringen

Prof. Dr. Hermann Einsele, Direktor der Medizinischen Klinik und Poliklinik II sowie Leiter des renommierten Myelonzentrums am UKW, unterstreicht die Bedeutung des Projekts: „BAVARIA 3D zeigt eindrucksvoll, wie interdisziplinäre Spitzenforschung direkt in klinisch relevante Innovationen übersetzt werden kann. Solche Initiativen stärken nicht nur den Forschungsstandort Würzburg, sondern kommen vor allem unseren Patientinnen und Patienten zugute. Die Möglichkeit, Therapien in patientenspezifischen Modellen funktionell zu testen, stellt einen entscheidenden Fortschritt dar. BAVARIA 3D hat das Potenzial, die Behandlung des Multiplen Myeloms nachhaltig zu verändern und personalisierte Therapiekonzepte entscheidend voranzubringen.“ Wichtige Vorarbeiten für die Entwicklung der 3D-Modelle wurden durch die Würzburger Stiftung „Forschung hilft!“ gefördert, die damit einen entscheidenden Grundstein für die nun gestartete groß angelegte Verbundforschung legte.

Workshop zum Projektauftakt in Würzburg

Zum offiziellen Start organisierte das UKW den ersten „3D KM-MM Workshop“ in Würzburg. Ziel ist es, die neu entwickelten Modelle innerhalb des Konsortiums zugänglich zu machen, methodische Standards zu harmonisieren und die Zusammenarbeit weiter zu intensivieren.

Wissenschaftliche Publikationen sind ein wichtiger Maßstab für Fortschritte in Forschung und Medizin. Sie machen neue, von unabhängigen Fachleuten geprüfte Erkenntnisse international sichtbar, ermöglichen den fachlichen Austausch und bilden die Grundlage für zukünftige Entwicklungen und Therapien. Das Uniklinikum Würzburg (UKW) präsentiert in seinem „paper place“ regelmäßig aktuelle Veröffentlichungen und gibt Einblicke in spannende Forschungsprojekte und ihre Bedeutung für Wissenschaft und Gesellschaft.

Würzburg. Auch im ersten Quartal 2026 bietet der „paper place“ wieder einige Highlights. So veröffentlichte Johannes Braig mit seiner Studie zum Herzpatch, die gleichzeitig seine Doktorarbeit war, ein im wahrsten Sinne des Wortes Herzensprojekt: Gemeinsam mit Kollegen vom Lehrstuhl für Funktionswerkstoffe der Medizin und Zahnheilkunde entwickelte Johannes Braig ein neuartiges, mehrschichtiges Herzpflaster, das geschädigtes Herzgewebe nach einem Infarkt stabilisieren und regenerieren soll. Der Vorteil gegenüber anderen Herzpflastern, die sich bereits in klinischen Studien befinden, liegt vor allem in der Herstellungsstrategie mittels Melt Electrowriting. „Damit können wir ein Gerüst erzeugen, das auf mikroskopischer Ebene die Zellführung ermöglicht und gleichzeitig auf makroskopischer Ebene die notwendige Mechanik für die Anhaftung und Kraftübertragung bereitstellt“, erklärt Braig. „Dieses Designkonzept ist einzigartig und könnte für die zukünftige klinische Anwendung solcher Patches relevant sein.“ Im Schweinemodell zeigte das Herzpflaster bereits nach sieben Tagen eine stabile Integration und Gefäßbildung. Die Studie wurde im Fachjournal Advanced Materials veröffentlicht (zum Beitrag im paper place). 

Künstliches 3D-System, das die natürliche Umgebung des Rückenmarks nachahmt

In diesem renommierten Fachjournal für Materialwissenschaften und Biomaterialien wurde auch ein Projekt der Arbeitsgruppe von Privatdozentin Natascha Schäfer publiziert. Das Team aus dem Institut für Klinische Neurobiologie entwickelte ein künstliches 3D-System, das die natürliche Umgebung des Rückenmarks möglichst genau nachahmt. 3D-Modelle von Nervengewebe sind laut Schäfer von großer Bedeutung, da die dritte Dimension für die Bildung funktionierender Netzwerke und somit für das Verständnis neurologischer Erkrankungen entscheidend ist. Gleichzeitig ermöglichen die biofabrizierten 3D-Modelle schnelle pharmakologische Tests und verringern die Anzahl erforderlicher Tierversuche. Da Gehirn und Rückenmark jedoch sehr weich sind und eine komplexe Umgebung aus verschiedenen Zelltypen und Strukturen benötigen, ist die Entwicklung realistischer 3D-Modelle von Nervengewebe sehr herausfordernd. In der publizierten Studie zeigt die Doktorandin Nicoletta Murenu am Beispiel des Stiff-Person-Syndroms, dass das Modell funktionelle Krankheitsmechanismen nachbilden kann und sich als Werkzeug für die neurologische Forschung eignet (zum Beitrag im paper place). 

Neue Erkenntnisse zu Depressionen und Angststörungen

Das Zentrum für Psychische Gesundheit konnte ebenfalls wegweisende Studien veröffentlichen. So gilt beispielsweise eine schwache Handkraft als Warnsignal für psychische Erkrankungen. Angststörungen sind als komplexe, biologisch mitgeprägte Erkrankungen zu verstehen, bei denen viele kleine Einflussfaktoren zusammenwirken. Und soziale Kontakte wirken zwar grundsätzlich angstreduzierend, der soziale Puffer-Effekt ist bei Menschen mit Depression jedoch abgeschwächt. Dies könnte erklären, warum soziale Situationen für Betroffene trotz der potenziell positiven Wirkung oft belastend bleiben (zu den Publikationen des ZEP). 

Forschung quer durch die Disziplinen 

Auch andere Kliniken waren erfolgreich. So publizierte die Hautklinik neue Erkenntnisse zur Behandlung des malignen Melanoms. Die Medizinische Klinik II veröffentlichte Studien zu einem neuen Biomarker beim Pankreaskarzinom, zu Immunreaktionen gegen das Cytomegalovirus (CMV) nach Stammzelltransplantationen sowie zu neuen Therapieansätzen beim Multiplen Myelom. Die Chirurgie untersuchte verschiedene Methoden zur Behandlung von Schaftfrakturen der Mittelhand sowie eine neuartige Zementpaste zur Stabilisierung von Schrauben in der Wirbelsäule. Für weitere Einblicke lohnt sich ein Blick in die aktuellen und archivierten Beiträge: www.ukw.de/paperplace

Wenn bei Kindern eine akute lymphatische Leukämie (ALL) diagnostiziert wird, kommt es auf jedes Detail an. Am Universitätsklinikum Würzburg (UKW) werden künftig Proben aus ganz Deutschland genetisch analysiert, um die Erkrankung genauer zu klassifizieren. Die genetische Diagnostik stellt sicher, dass die jungen Patientinnen und Patienten entsprechend ihres individuellen Krankheitsprofils behandelt werden. Dadurch verbessern sich die Heilungschancen und Langzeitfolgen können drastisch reduziert werden. Neben der Routinediagnostik erforscht das von Prof. Dr. med. Anke Katharina Bergmann geleitete Institut für Klinische Genetik und Genommedizin auch neue Methoden, um Leukämien noch besser zu verstehen. Dabei kommen zunehmend KI-gestützte Verfahren zum Einsatz, die komplexe genetische Daten auswerten und so die Diagnostik und zukünftige Therapien verbessern sollen.

Würzburg. Die akute lymphatische Leukämie (auch akute lymphoblastische Leukämie genannt, kurz ALL) ist die häufigste Form von Krebs bei Kindern und Jugendlichen*. Allein in Deutschland erkranken jedes Jahr etwa 600 Kinder und Jugendliche. Die gute Nachricht: In den letzten fünf Jahrzehnten wurden große Fortschritte in der Behandlung der ALL erzielt. Dies ist vor allem darauf zurückzuführen, dass die genetischen und biologischen Ursachen der Erkrankung besser verstanden werden. Für die Behandlung ist es daher entscheidend, die Erkrankung möglichst präzise zu klassifizieren.

Die akute lymphatische Leukämie ist keine einheitliche Erkrankung, sondern umfasst verschiedene Subtypen, die sich in ihrem biologischen Verhalten, ihrer Prognose und ihrer Therapie deutlich unterscheiden.

Allen ALL-Formen ist eine unkontrollierte Vermehrung von bösartig veränderten Vorläuferzellen der weißen Blutkörperchen (Lymphozyten) gemein. Durch genetische Veränderungen verlieren diese Zellen ihre normale Reifungsfähigkeit und Funktion. Sie teilen sich weiter und verdrängen nach und nach die gesunde Blutbildung. Die Entartung kann auf verschiedenen Stufen der Zellentwicklung erfolgen und verschiedene Linien der Lymphozyten betreffen. Die sogenannten B-ALL-Formen beispielsweise gehen von Vorläuferzellen der B-Lymphozyten aus. Diese entwickeln sich im Knochenmark und sind für die Erkennung von Krankheitserregern und die Bildung von Antikörpern verantwortlich. T-ALL-Formen gehen von Vorstufen der T-Lymphozyten aus. Diese entwickeln sich in der Thymusdrüse und sind für die zelluläre Immunantwort wichtig.

UKW übernimmt genetische Referenzdiagnostik für ganz Deutschland 

Die genetische Referenzdiagnostik hilft dabei, genetische Untergruppen zu identifizieren und ermöglicht somit eine möglichst präzise Prognose, Risikoeinteilung und Therapieplanung. Diese wichtige Aufgabe übernimmt ab sofort das von Prof. Dr. Anke Katharina Bergmann geleitete Institut für Klinische Genetik und Genommedizin am Universitätsklinikum Würzburg (UKW). Das bedeutet: Nach der Erstdiagnose sendet die behandelnde kinderonkologische Klinik Proben aus dem Knochenmark und/oder Blut an das Würzburger Referenzlabor. Das Team untersucht dort die charakteristischen genetischen Veränderungen der Leukämiezellen, wie etwa Veränderungen der Chromosomen und der Kopienzahl sowie Genveränderungen und -fusionen. Die genetischen Ergebnisse werden anschließend an die behandelnden Zentren zurückgemeldet und dort mit weiteren klinischen und laborchemischen Befunden zusammengeführt. Die anderen Bausteine, wie die Bestimmung der minimalen Resterkrankung (MRD, minimal residual disease) oder morphologische Bewertungen, erfolgen in anderen Referenzzentren.

Die Therapien der erkrankten Kinder werden zentral koordiniert und gesteuert. Dies erfolgt durch die Klinischen Zentren für die kindliche ALL an den Universitätskliniken Schleswig-Holstein (UKSH) und Hamburg-Eppendorf (UKE). Im ALL-BFM Zentrum in Kiel (Leitung Prof. Gunnar Cario und Prof. Martin Schrappe) und das ALL-Together-Zentrum (ehemals CoALL)  ALLTogether Zentrum des UKE (Leitung Prof. Gabriele Escherich erfolgt eine enge Abstimmung sowohl mit der  genetischen Referenzdiagnostik am UKW  als auch den behandelnden Kliniken. Beide Zentren sind federführend bei der Durchführung großer internationaler Therapiestudien zur Behandlung von Kindern und Jugendlichen die an einer ALL erkrankt sind. 

Therapien werden den individuellen Risiken angepasst und je nach genetischen Merkmalen stärker oder schwächer gewählt

Eine risikobasierte Therapie ist im Kindesalter besonders wichtig. „Einerseits muss die Therapie sicher und wirksam genug sein, um die Erkrankung dauerhaft zu beherrschen. Andererseits sollen unnötig belastende Therapien und Langzeitfolgen vermieden werden“, sagt Anke K. Bergmann. „Potentielle Langzeitfolgen reichen von Konzentrationsstörungen über Störungen des Herz-Kreislaufsystems bis hin zu sekundären Krebserkrankungen. Gerade deshalb ist bei Kindern eine möglichst präzise Risikostratifizierung wichtig.“.

Die Onkogenetik im Kindesalter ist ein wichtiger Schwerpunkt des Instituts für Klinische Genetik und Genommedizin. Mit der genetischen Diagnostik der kindlichen Leukämie, genetischen Analysen bei seltenen kindlichen Tumoren und der Fanconi-Diagnostik, bildet es deutschlandweit einen einzigartigen Schwerpunktbereich. 

Wissenschaftliche Weiterentwicklung der genetischen Diagnostik 

Das Team um Anke Bergmann beschäftigt sich nicht nur mit der Routinediagnostik, sondern auch mit der Weiterentwicklung der genetischen Diagnostik und der Entschlüsselung von Krankheitsmechanismen. „Wir forschen, um genetische Veränderungen bei kindlicher ALL noch besser zu verstehen, neue diagnostisch relevante Muster zu erkennen und die Einordnung komplexer Befunde weiter zu verbessern. Dazu verwenden wir auch computer- und KI-gestützte Ansätze, die genetische und klinische Daten zusammenführen, um die Bewertung komplexer Varianten und Befundkonstellationen zu unterstützen“, erläutert Dr. Helia Pimentel Guiterrez, Leiterin der Referenzgenetik. „Integrierte KI-Algorithmen ersetzen allerdings nicht die wissenschaftliche und fachärztliche Bewertung, sondern sollen sie strukturieren und ergänzen“, betont die Bioinformatikerin des Teams Dr. Jingyang Yu.

Die genetische Referenzdiagnostik der kindlichen ALL am UKW findet in Studienstrukturen der Gesellschaft für Pädiatrische Onkologie und Hämatologie (GPOH) statt. Aus der engen Zusammenarbeit mit der GPOH und der Etablierung der Studiengruppen in Kiel und Hamburg sind bereits zahlreiche standardisierte Diagnose- und Therapieprotokolle für die kindliche ALL hervorgegangen. Bergmann zufolge können somit Kinder und Jugendliche mit ALL in vergleichbaren Studien- und Registerstrukturen erfasst, diagnostisch eingeordnet und behandelt werden. „Gerade bei einer seltenen Erkrankung schafft das eine hohe Vergleichbarkeit zwischen den Zentren und ermöglicht es uns, gemeinsam die Diagnostik, Risikostratifizierung und Behandlung über viele Jahre schrittweise weiter zu verbessern.“

* Leukämien sind mit rund 30 Prozent die häufigste Krebserkrankung bei Kindern und Jugendlichen. Die häufigste Einzeldiagnose ist mit rund 22 Prozent die lymphatische Leukämie. 

Die Referenzdiagnostik ALL auf UKW.de.

Ein Interview mit Alexander Hann, Professor für Digitale Transformation in der Gastroenterologie am Uniklinikum Würzburg (UKW) und Leiter der Arbeitsgruppe InExEn – Interventional and Experimental Endoscopy und Jana Theile, Ärztin und wissenschaftliche Mitarbeiterin der Arbeitsgruppe InExEn über KI-gestützte Diagnostik, Angiodysplasien und digitale Trainingskonzepte.

Herr Hann, Sie haben die AG InExEn im Jahr 2019 gegründet, als Sie ans UKW kamen. Womit beschäftigt sich die AG? 

Alexander Hann: Wir sind inzwischen ein Dutzend engagierte Leute, die gemeinsam an innovativen diagnostischen Verfahren und therapeutischen Lösungen für Erkrankungen im Bereich der Gastroenterologie arbeiten. Mit jedem angenommenen Förderantrag wächst das Team weiter. Zur Arbeitsgruppe gehören erfahrene Ärztinnen und Ärzte mit Spezialisierung in der Gastroenterologie sowie Ingenieurinnen und Ingenieure und Informatikerinnen und Informatiker. Wir haben sogar eine Game-Developerin. Genau das ist das Spannende: Durch diesen interdisziplinären Ansatz können wir die Medizin voranbringen.

Frau Theile, Sie sind nach Ihrem Medizinstudium direkt in die Forschung gegangen und promovieren derzeit in der Arbeitsgruppe InExEn. Wie sind Sie zur Medizininformatik gekommen? 

Jana Theile: Ich war tatsächlich schon immer von Technik begeistert und programmiere auch in meiner Freizeit mit meinem Freund, der Informatiker ist. Deshalb finde ich die Arbeit in der InExEn-AG extrem spannend. Es ist toll, in so einem interdisziplinären Team zusammenzuarbeiten.

Worum geht es in Ihrer Doktorarbeit?

Theile: In meiner Doktorarbeit beschäftige ich mich mit Angiodysplasien, also Gefäßfehlbildungen im Darm. Manche Patientinnen und Patienten kommen mit dem Verdacht auf eine untere gastrointestinale Blutung in unsere Klinik. Gerade bei älteren Personen sind Angiodysplasien eine häufige Ursache für solche Blutungen. Ich konzentriere mich auf die Ursachenforschung von Blutungen im Dickdarm. Entstehen diese Blutungen durch Angiodysplasien oder durch andere Ursachen? Kann die KI die Diagnostik verbessern? 

Welche Symptome zeigen sich bei einer Blutung im Darm? 

Hann: Manche Patientinnen und Patienten haben etwas Blut im Stuhl. Es kann aber auch zu einer Anämie, also Blutarmut, kommen. Die Betroffenen sind blass, müde, weniger leistungsfähig und klagen über Schwindel.

Können die Blutungen bei einer Routine-Darmspiegelung erkannt werden?

Theile: Genau das ist der Punkt. Einige der Gefäßfehlbildungen fallen auf und es wird ein Bild davon gemacht. Aber später tauchen diese im Bericht nicht auf. Manchmal wird vergessen, die Angiodysplasien, die wie kleine Netze aussehen, zu erwähnen. Das kann daran liegen, dass sie harmlos erscheinen, aus ihnen kein Blut sickert oder man sich bei der Koloskopie einfach auf die Polypen konzentriert.

Wie kommt jetzt die KI ins Spiel? Wie kann sie die Erfassung von Angiodysplasien verbessern? 

Theile: Mit meinem Kollegen Dr. Ioannis Kafetzis entwickeln wir eine KI, die Angiodysplasien im Bild- und Videomaterial zuverlässig erkennt. Das heißt, wir erstellen ein sogenanntes Computer Vision Model, also ein System, das die bildbasierte Analyse durchführt. Dieses Modell kombinieren wir mit einem zweiten textbasierten KI-Modell, einem sogenannten Large Language Model (LLM), das die Befunde parallel durchgeht und abgleicht. Wenn das Computer-Vision-Modell eine Angiodysplasie erkennt, das Large-Language-Modell diese aber nicht im Bericht findet, wird dem Untersuchenden diese Ungleichheit mit der Frage „Möchten Sie diese Angiodysplasie nicht im Bericht erwähnen?“ angezeigt.   

Kann die KI dann in Untersuchungsprogramme integriert werden?

Hann: Untersuchungsprogramme sind ja auch Medizinprodukte der Klasse 1, das heißt, man müsste mit den Herstellern sprechen, damit sie das einbauen. 

Wir müssen die KI also so entwickeln, dass sie mit anderen Programmen kompatibel ist und zugelassen wird. Aktuell ist es noch ein Konzept. Wir haben die KI jedoch bereits getestet und Daten aus zwei Zentren, dem UKW und dem Katharinenhospital am Klinikum Stuttgart, erhoben. Es funktioniert.

Inwiefern ist es wichtig, auch unauffällige Angiodysplasien als Befund im Bericht zu erwähnen?

Theile: Sollte es später einmal zu einer Blutung kommen, weiß man durch die vorherigen Endoskopien, dass die Person Angiodysplasien hatte, und kann entsprechend gezielter therapieren.

Sie erwähnten, dass seit neuestem eine Game-Developerin die Arbeitsgruppe verstärkt. Soll durch den Gamification-Ansatz die Anwendungstechnik spielerischer und intuitiver werden?

Hann: Dieser Aspekt konzentriert sich eher auf das Training endoskopischer Untersuchungen und ist daher für Medizinstudierende oder medizinisches Personal in der Aus- und Weiterbildung relevant. Mithilfe von VR-Simulatoren, mit denen sich beispielsweise eine virtuelle Magenspiegelung üben lässt, können wir das Training an Tieren, in diesem Fall an Schweinen, reduzieren.

Wie funktioniert eine Magenspiegelung in virtueller Realität (VR)? 

Hann: Wir haben einen virtuellen Endoskopieraum und ein virtuelles Magenmodell, mit dem wir interagieren. Allerdings gibt es einen festen, haptischen Punkt: ein echtes Endoskop, das wir steuern. Über Sensoren wird die Steuerung des Endoskops in die virtuelle Realität übertragen. Über die VR-Brille sehen wir den Raum, den Monitor und das, was die Kamera des Endoskops sieht. In der virtuellen Welt können wir auch Behandlungen durchführen, beispielsweise eine Angiodysplasie veröden.

Und wie gut lässt sich dieses VR-Training auf die Realität übertragen? 

Hann: Unser Ziel ist es, dass die Leute am Simulator mindestens genauso gut trainiert werden wie am Tiermodell, das derzeit noch Standard ist. Für Dickdarmspiegelungen liegen uns bereits Daten von Checklisten vor, die zeigen, dass ärztliches Personal, welche zuvor allein am Simulator geübt haben, signifikant bessere Ergebnisse erzielen.

Eine Alternative für Tierversuche haben Sie gerade erfolgreich auf der Endoskopie-Jahrestagung präsentiert und live testen lassen. 

Hann: Ja, das war ein vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) gefördertes Projekt. Gemeinsam mit unserer Game-Developerin Annika Köhler, dem Hardware-Ingenieur Irshath Syed und Jana Theile, die den medizinischen Part abdeckt, wurde ein Simulator entwickelt, bei dem Untersuchende während des virtuellen Trainings ihr eigenes Endoskop zur Steuerung der Untersuchung nutzen können. Auf dem Jahreskongress der Deutschen Gesellschaft für Endoskopie und Bildgebende Verfahren e. V. (DGE-BV), der im März in Leipzig stattfand, haben rund 30 Probandinnen und Probanden das Gerät getestet. Die Daten werten wir derzeit aus.

Theile: Am Tier werden vornehmlich fortgeschrittene Eingriffe und Komplikationen geübt, wenn beispielsweise bei einer Tumorresektion Perforationen und Blutungen entstehen. Mit unserem entwickelten Simulator können wir die Blutstillung und den Perforationsverschluss trainieren, sodass möglichst wenig Versuchstiere eingesetzt werden müssen, oder diese weniger leiden müssen.

Hann: Wir wollen weg von Tiermodellen und hin zum virtuellen Training. Außerdem soll das Training mehr Spaß machen.

Ein weiteres Projekt namens „SiMucosa” wird derzeit von der Eva Mayr-Stihl-Stiftung gefördert. Dabei geht es um simulierte Mukosa, also Schleimhaut.

Theile: In der Lehre wird das Navigieren mit dem Endoskop zunächst an Silikonmodellen von Magen und Darm geübt. Um diese Modelle realistischer zu gestalten, haben wir eine KI entwickelt, die mit echten Schleimhautbildern aus Untersuchungen trainiert wurde. Wenn die KI als Filter über die Bilder gelegt wird, kann sie die Silikonoberfläche wie Schleimhaut aussehen lassen. Dazu haben wir ebenfalls eine Studie beim Jahreskongress der DGE-BV durchgeführt.

Wie kam die simulierte Schleimhaut bei den Probandinnen und Probanden an? 

Theile: Das Silikonmodell haben die Leute schnell untersucht, aber wenn wir SiMucosa eingeschaltet haben, waren sie viel aufmerksamer. Die simulierte Schleimhaut gab ihnen das Gefühl einer echten Endoskopie.

Sie möchten noch mehr zum Potenzial von KI in der Gastroenterologie erfahren? Zum Beispiel über EndoMind, ein von der AG InEXEn entwickeltes KI-gestütztes System (Computer-Aided Detection, CADe), welches die Detektionsrate von Adenomen (ADR) erhöhen soll. Die KI EndoMind markiert bei einer Darmspiegelung erkannte Adenome mit einem blauen Rechteck. EndoMind wurde in gastroenterologischen Schwerpunktpraxen getestet. Die Ergebnisse hat das Nature-Journal NPJ Digital Health veröffentlicht. Sie zeigen: Die KI hilft erfahrenen Gastroenterologinnen und Gastroenterologen kaum dabei, die Detektionsrate von Polypen bei einer Darmspiegelung (Koloskopie) zu verbessern. Ob Alexander Hann KI dennoch in der Vorsorge empfiehlt und was verbessert werden kann, erfahren Sie in diesem Interview. 

Das Interview führte Kirstin Linkamp / Wissenschaftskommunikation

Prof. Dr. Alexander Hann vom Uniklinikum Würzburg (UKW) hat mit EndoMind ein KI-gestütztes System (Computer-Aided Detection, CADe) entwickelt, welches die Detektionsrate von Adenomen (ADR) erhöhen soll. Die KI EndoMind markiert bei einer Darmspiegelung erkannte Adenome mit einem blauen Rechteck. EndoMind wurde nun in gastroenterologischen Schwerpunktpraxen getestet. Die Ergebnisse hat das Nature-Journal NPJ Digital Health veröffentlicht. Sie zeigen: Die KI hilft erfahrenen Gastroenterologinnen und Gastroenterologen kaum dabei, die Detektionsrate von Polypen bei einer Darmspiegelung (Koloskopie) zu verbessern. Dennoch bietet KI viel Potenzial.

Ein Interview mit Alexander Hann, Professor für Digitale Transformation in der Gastroenterologie am UKW und Leiter der Arbeitsgruppe InExEn – Interventional and Experimental Endoscopy. 

Herr Hann, die Ergebnisse der aktuellen Studie sind ernüchternd. Doch Sie wirken gar nicht enttäuscht. 

Zunächst einmal freut es mich, dass wir mit dieser Arbeit zeigen konnten, dass anhand ambulanter Daten aus Deutschland in einem universitären Umfeld eine KI für die Darmkrebsvorsorge entwickelt werden konnte, die mit KI-Systemen millionenschwerer Unternehmen mithalten kann, und die dort getestet wurde, wo Vorsorge jeden Tag durchgeführt wird: in gastroenterologischen Schwerpunktpraxen. Diese betreiben in der Regel keine Forschung. Dort geht es vornehmlich darum, die Patientinnen und Patienten bestmöglich zu versorgen. Eine Studie mitsamt Aufklärung etc. bedeutet zusätzlichen Aufwand. Wir haben es geschafft, diese Schwelle so niedrig wie möglich zu gestalten und zum Beispiel die Verschlüsselung der Daten so sicher, aber auch so einfach wie möglich gemacht. Darauf bin ich schon etwas stolz. 

Ich freue mich, dass dieses Projekt, das das längste wissenschaftliche Projekt meiner Karriere war, nun endlich veröffentlicht wurde. Dass wir die Studie in einem so hochrangigen Journal publizieren konnten, macht zudem Mut. Das zeigt, dass wir an einer Uniklinik alles haben, um etwas zu entwickeln und zu validieren, was sonst nur große Unternehmen können.

Aktuelle Publikation: Lux, T.J., Saßmannshausen, Z., Kafetzis, I. et al. Artificial intelligence assisted colorectal lesion detection in private practices a randomized controlled study. npj Digit. Med. 9, 284 (2026). https://doi.org/10.1038/s41746-026-02576-8

Wie lange dauerte denn das Forschungsprojekt? 

Die Ausschreibung zur Förderung von neuen Technologien in der Meidzin erfolgte im Dezember 2018, zu dieser Zeit war ich noch an der Uniklinik Ulm tätig. Mein ehemaliger Chef aus Stuttgart, Wolfram Zoller, machte mich darauf aufmerksam. Ich war gerade im Urlaub und hatte nur wenig Zeit, mich zusammen mit ihm zu bewerben, freute mich aber über die Gelegenheit. Ich notierte meine Ideen und Projektskizzen auf Servietten. Das Konzept reichten wir dann im Januar 2019 ein. Anfang 2020 wurden wir aufgefordert, den Vollantrag zu schreiben. Zu diesem Zeitpunkt war ich bereits in Würzburg. Der Antrag wurde genehmigt, sodass wir im Juli 2020 starten konnten. Innerhalb eines knappen Jahres haben wir gemeinsam mit dem Lehrstuhl für Künstliche Intelligenz unter der Leitung von Professor Puppe (jetzt am CAIDAS) die KI erstellt. Neben den Informatikern Adrian Krenzer und Michael Bank war auch der Facharzt Daniel Fitting maßgeblich beteiligt. Die KI haben wir in einer Pilotstudie an verschiedenen Zentren getestet und 2022 publiziert.

Publikation: Lux, T. J., Banck, M., Saßmannshausen, Z. et al.: Pilot Study of a New Freely Available Computer-Aided Polyp Detection System in Clinical Practice. Int J Colorectal Dis 37, 1349–1354 (2022). https://doi.org/10.1007/s00384-022-04178-8). 

In einer weiteren Studie haben wir unsere KI in einem Kopf-an-Kopf-Rennen mit kommerziell erhältlichen KIs verglichen. 

Publikation: Troya, J. et al.: Direct comparison of multiple computer-aided polyp detection systems. Endoscopy 2024; 56(01): 63–69, DOI: 10.1055/a-2147-0571. 

Dabei zeigte sich, dass unsere KI nicht schlechter als die anderen ist. Die randomisierte Studie dazu lief schließlich von November 2021 bis November 2022 und wurde nun endlich publiziert.

Wenn die KI nicht besser ist als der Mensch und erfahrene Untersuchende somit immer noch den Goldstandard darstellen, sollte sie dennoch zum Einsatz kommen?

Das ist eine gute Frage. Sie wird aber nicht durch eine einzige Studie beantwortet, sondern durch viele Studien. Wissenschaft ist schließlich auch dazu da, Dinge zu hinterfragen. Inzwischen gibt es über 45 randomisierte Studien zu diesem Thema. Als wir das Projekt gestartet haben, gab es nur wenige, die sich aber optimistisch zeigten. Wir konnten für unser Kollektiv das realistische Bild aufzeigen, dass die KI in diesem Fall nicht so viel bringt. Sie detektiert vielleicht ein bisschen mehr, aber nicht signifikant mehr.

Es gibt jedoch auch Negativdaten. Ein Stichwort ist hier Deskilling. Führt der Einsatz von KI bei Darmspiegelungen dazu, dass Ärztinnen und Ärzte ihre eigenen diagnostischen Fähigkeiten teilweise verlernen?

Eine polnische Studie zeigte ein widersprüchliches Bild: Während die Ärztinnen und Ärzte mit eingeschalteter KI mehr Polypen fanden, sank ihre Leistung im Vergleich zu früher, an den Tagen als die KI ausgeschaltet war. Dies deutet darauf hin, dass sie sich möglicherweise an die Unterstützung gewöhnt haben und selbst weniger aufmerksam nach Polypen gesucht haben. Diese Interpretation wird durch frühere Eye-Tracking-Daten gestützt, die zeigen, dass sich das Blickverhalten unter KI verändert.

Publikation: Troya J, Fitting D, Brand M, Sudarevic B. et al.: „The influence of computer-aided polyp detection systems on reaction time for polyp detection and eye gaze. Endoscopy. 2022 Oct;54(10):1009-1014. doi: 10.1055/a-1770-7353

Es gibt allerdings auch eine länger angelegte Studie aus Japan, die über mehrere Jahre keinen solchen negativen Effekt feststellen konnte. Insgesamt ist die Studienlage uneinheitlich, sodass noch keine eindeutige Aussage darüber getroffen werden kann, ob und wie stark Deskilling durch KI tatsächlich auftritt.

Eine Metaanalyse hat gezeigt, dass die KI 7,4 Prozent mehr Polypen detektiert. 

Genau. Es hat sich herausgestellt, dass es sich um eher kleine Polypen handelt. Daraufhin wurde eine Mikrosimulation durchgeführt. Wenn ich 10.000 Personen mit KI untersuche und zehn Jahre lang begleite, sinkt die Rate neu aufgetretener Kolonkarzinome von 82 auf 71 Prozent. Das heißt, bei 100 Darmspiegelungen wird nur noch bei 71 Personen ein neu aufgetretenes Kolonkarzinom gefunden. Die Rate an kolonkarzinombedingten Todesfällen reduziert sich von 15 auf 13.

Diese Daten wurden drei Fachgesellschaften vorgelegt. Jede von ihnen gab eine andere Empfehlung ab.

Die American Society of Gastroenterology sprach keine Empfehlungen aus und positionierte sich somit weder gegen KI bei der Vorsorge noch dafür. Das British Medical Journal (BMJ) sah nach dieser Mikrosimulation wenig Nutzen und sprach sich gegen den Einsatz von KI aus. Die Europäische Fachgesellschaft für Endoskopie (ESGI) sprach hingegen eine schwache Empfehlung aus.

Wie lautet Ihre Empfehlung? 

Das Risiko, dass aus einem kleinen Adenom Krebs entsteht, ist zwar sehr gering. Wenn ich Patient wäre, würde ich mir jedoch wünschen, dass auch die kleinen Adenome entfernt werden. Denn ich möchte nicht zur Risikogruppe gehören. In der Ausbildung sollten wir allerdings auf Bewährtes setzen, bis eindeutig geklärt ist, ob es negative Einflüsse gibt. Es ist jedoch sinnvoll, junge Auszubildende auf einen Polypen hinzuweisen, sei es durch KI oder den Ausbildenden. Dadurch schulen sie ihr Auge.

EndoMind steht auf Ihrer Website zum freien Download zur Verfügung. Wie oft und von wem wird die Software heruntergeladen?

Bis April 2026 haben 366 Personen EndoMind heruntergeladen, nach Zugriffsstatistiken der Homepage hauptsächlich aus den USA, Russland, China und vor allem aus Japan. Das liegt wahrscheinlich daran, dass fast alle großen Endoskopiefirmen aus Japan kommen. Sie wollen sich die Software anschauen und mit ihrer eigenen vergleichen. Da EndoMind kein Medizinprodukt ist, darf es außerhalb von Studien nicht getestet werden. Wir liefern jedoch mit EndoMind und anderen KIs Ideen für künftige Medizinprodukte oder Verbesserungen.

Was müsste an den aktuellen KI-Modellen noch verbessert werden?

Ein Problem sind die eigentlich relevanten fortgeschrittenen Adenome. Die KIs werden jedoch hauptsächlich mit kleineren Polypen trainiert. Meines Wissens gibt es noch keine KI, die große Adenome oder solche mit deutlich mehr krankhaften Veränderungen ebenso verlässlich wie das menschliche Auge erkennt – oder gar besser. Das ist leider nicht so trivial. Wir bekommen häufiger Fälle zugewiesen, in denen wir größere Polypen finden, insbesondere flache Polypen, die teilweise übersehen wurden.

Sie arbeiten ja auch an einigen Verbesserungen und Qualitätsindikatoren. Im Projekt „Poseidon” beschäftigen Sie sich beispielsweise mit einer KI-gestützten Größenbestimmung der Polypen. Dabei hilft ein Wasserstrahl bei der Einordnung der Größe. Ein weiteres Thema ist die Rückzugszeit. Was heißt das?

Um den gesamten Darm zu untersuchen, also vom Beginn des Kolons, dem Zökum, bis zum Ende, dem Rektum, muss man sich mindestens sechs bis neun Minuten Zeit lassen. Studien zeigen, dass Patientinnen und Patienten zwischen zwei Darmspiegelungen seltener an Krebs erkranken oder versterben, wenn die Rückzugszeit mindestens sechs Minuten betrug. Wenn während des Rückzugs jedoch Polypen abgetragen oder Wunden versorgt werden, zählt das nicht zu dieser Rückzugszeit. Wir haben eine KI entwickelt, die zeigt, ob wir uns beim Rückzug genug Zeit gelassen haben, um alles zu untersuchen. Dazu haben wir auch zwei Studien publiziert. In der ersten haben wir anhand von Videos die Diskrepanz zwischen der Selbsteinschätzung der untersuchenden Person und der mit einer Stoppuhr gemessenen Zeit untersucht (DOI: 10.1055/a-2122-1671). Zusätzlich wurde eine selbstgebaute KI zur Rückzugszeitbestimmung retrospektiv evaluiert. In der zweiten Studie haben wir die KI zur Bestimmung der Rückzugszeit prospektiv an Patientinnen und Patienten des UKW getestet und gezeigt, dass die KI genauso präzise misst wie eine Stoppuhr (DOI: 10.1055/a-2721-6798). Die Industrie hat die Ideen hinter unseren KIs bereits aufgegriffen; die ersten entsprechenden Medizinprodukte sind im Begriff auf den Markt zu kommen.

Werden all diese Qualitätsindikatoren am Ende in einer KI zusammengeführt? 

Das ist das Ziel. Die KI detektiert, was gesehen wird, und erstellt einen Bericht. Wurde der tiefste Punkt des Kolons erreicht, also der Wurmfortsatz und der Blinddarm? Check. Haben wir Polypen festgestellt? Check. Wie groß sind die Polypen? Das können wir jetzt mithilfe der Wasserstrahlmethode bestimmen. Check. Dann haben wir eine KI entwickelt, die die Instrumente erkennt, mit denen wir Gewebe abtragen. Check. Schließlich kommt die KI zum Einsatz, die Gefäßmissbildungen erkennt. All diese einzelnen Puzzlestücke führen wir am Ende zu einem Bericht zusammen, der ein gewisses Qualitätsniveau erreicht.

Sie möchten noch mehr über die Arbeitsgruppe InExEn erfahren? In diesem Interview berichten Alexander Hann und Jana Theile, Ärztin und wissenschaftliche Mitarbeiterin der AG InExEn über KI-gestützte Diagnostik, Angiodysplasien und digitale Trainingskonzepte.

Das Interview führte Kirstin Linkamp / Wissenschaftskommunikation