Leistungsstarke Technik zur Beschleunigung der Präzisionsmedizin

Die Präzisionsmedizin erfordert eine technikbasierte Grundlage, um riesige Datenmengen zu übertragen, zu speichern und zu verarbeiten.

Gesundheits- und biowissenschaftliche Organisationen nutzen vielfältige Patientendaten, um eine stärker personalisierte Versorgung zu fördern und die Ergebnisse zu verbessern. Durch den Einsatz seiner Technologien, Tools und Partnerlösungen unterstützt Intel entscheidende Arbeitsschwerpunkte in der Präzisionsmedizin, darunter Genomanalyse, molekulare Bildgebung und Molekulardynamik.

Intel und das Broad Institute tragen dazu bei, die rechenintensive biomedizinische Forschung zu beschleunigen, die hinter der Präzisionsmedizin steht, und unterstützen außerdem die KI-basierte Forschung. Erfahren Sie, wie der Intel-Mitarbeiter Bryce Olson diese Forschung nutzte, um seine Krebserkrankung außerhalb der üblichen Praxis zu bekämpfen.

Maßgeschneiderte Behandlung durch Präzisionsmedizin

Jeder Mensch ist einzigartig – und das trifft auch auf seine Biologie zu. Ob jemand wahrscheinlich an einem Leiden erkranken wird und wie gut eine bestimmte Behandlung wirken könnte, ist von Mensch zu Mensch verschieden.

Bei der Präzisionsmedizin verwenden Mediziner eine Kombination aus genomischen Daten, Gesundheitsdaten, Labortests und anderen Patientendaten, um die Behandlung individuell anzupassen. Auf diese Weise können sie dem richtigen Patienten zum geeigneten Zeitpunkt eine adäquate Behandlung zukommen lassen.

Die Präzisionsmedizin kann auch die Anfälligkeit einer Person für bestimmte Krankheiten aufdecken, bevor sie auftreten, was Ärzten und ihren Patienten einen Vorsprung bei der Überwachung und Prävention verschafft. In dieser neuen Ära einer durch und durch personalisierten Medizin können Patienten genauere Diagnosen, frühere Interventionen, effizientere pharmazeutische Therapien und individuell angepasste Behandlungspläne erhalten.

Die Präzisionsmedizin findet bereits Anwendung bei Diabetes- und Krebsbehandlungen, insbesondere bei Krebserkrankungen des Thorax, der Lunge, der Haut, des Dickdarms, der Prostata und der Bauchspeicheldrüse. Andere vielversprechende Anwendungen umfassen die Kardiologie, altersbedingte Erkrankungen, seltene Kinderkrankheiten, Mukoviszidose und HIV. In der Medizin befasst man sich insbesondere mit der Anwendung von Präzisionsmedizin bei rheumatoider Arthritis, Alzheimer und Multipler Sklerose.

Werkzeuge und Techniken in der Präzisionsmedizin

Die Präzisionsmedizin nutzt Techniken wie molekulare Diagnostik (darunter Gentests), molekulare Bildgebung und Molekulardynamik, um Krankheiten zu diagnostizieren und Behandlungen auf die jeweilige Person zuzuschneiden.

Molekulare Diagnostik und Genomanalyse

Die molekulare Diagnostik umfasst die Analyse der Biomarker eines Patienten – in erster Linie seinen genetischen Code sowie die Art und Weise, wie seine Zellen Gene exprimieren. Diese Tests liefern Informationen, anhand derer sich die wirksamste Behandlung durchführen oder vorhersagen lässt, welche Medikamente für den Patienten am besten wirken. Die molekulare Diagnostik erfordert häufig eine genetische Sequenzierung.

Molekulare Bildgebung

Die molekulare Bildgebung spielt im Prozess der Wirkstoffentdeckung eine Rolle und hilft, biologische Prozesse auf molekularer und zellulärer Ebene zu erfassen. Dies ermöglicht ein profunderes Verständnis von Proteinstrukturen, Zellfunktionen und molekularen Prozessen in lebenden Organismen. Da sie einen vollständigeren Überblick über gesundes und krankes Gewebe im Körper bietet, spielt die molekulare Bildgebung eine wichtige Rolle in der Präzisionsmedizin, insbesondere bei der Krebsbehandlung.1

Molekular-Dynamik

Die Molekular-Dynamik ist eine rechnergestützte Methode, die quantitativ vorhersagt, wie effektiv ein Medikament mit einem für eine bestimmte Krankheit verantwortlichen Proteintarget interagiert. In Kombination mit anderen Aufgaben im gesamten Arbeitsablauf der Erforschung von Medikamenten bietet die Molekular-Dynamik Einblicke auf atomarer Ebene in die Schnittstelle zwischen Medikamenten und der grundlegenden Quelle einer Krankheit. Molekular-Dynamik-Simulationen helfen, ungeeignete potenzielle Medikamente auszusortieren, um Zeitverluste zu vermeiden.

Die ursprünglichen Kosten für die genomische Sequenzierung beliefen sich auf über 2,7 Milliarden USD, nähern sich jetzt aber 1.000 USD an und gehen weiter zurück.

Intel® Technik zur Unterstützung der Präzisionsmedizin

Seit Jahrzehnten arbeitet Intel mit Innovatoren im Bereich Gesundheits- und Biowissenschaften zusammen, um Technik zur Beschleunigung der Forschung und Verbesserung der Patientenversorgung zu nutzen. Mit seinem breiten Spektrum an Techniken und seinem Partnernetzwerk liefert Intel das Fachwissen, die Werkzeuge und Ressourcen, um die Präzisionsmedizin voranzubringen.

Viele der in der Präzisionsmedizin anfallenden Arbeitsbelastungen erfordern eine erhebliche Rechenleistung und Datenverwaltung. Intel bietet ein umfassendes Portfolio an Techniken zum Übertragen, Speichern und Verarbeiten riesiger Datenmengen mit der Leistung, die für fortschrittliche Analyse-, High Performance Computing (HPC)- und Künstliche Intelligenz (KI)-Modelle geeignet ist. Intel® Technik unterstützt Anwendungen der Präzisionsmedizin im Rechenzentrum, in verteilten HPC-Clustern oder in einem Edge-Server, der die Daten zur Einhaltung der Anforderungen an die Datenlokalisierung vor Ort speichert.

Intel ist sich auch im Klaren, dass sowohl Forscher als auch Klinikärzte eine robuste Sicherheit benötigen. Nur bei einem zuverlässigen Schutz können sie zusammenarbeiten und auf die in verteilten klinischen und Forschungseinrichtungen verfügbaren Daten zugreifen. Ebenso entscheidend ist der Schutz der Privatsphäre der Patienten und des geistigen Eigentums der Institution.

Leistung zur Beschleunigung der genomischen Sequenzierung und Analyse

Die Fertigstellung des ersten menschlichen Genoms dauerte 10 Jahre. Heute kann ein Genom innerhalb weniger Stunden sequenziert werden. Während die Kosten für die Sequenzierung ursprünglich 2,7 Mrd. USD betrugen, nähern sie sich jetzt 1.000 USD an und sinken weiter.2

Die Sequenzierung des gesamten Genoms erzeugt ca. 350 GB an Rohdaten pro Patient. In Krebsfällen kann die wiederholte Sequenzierung von Tumoren jedoch etwa 1 Petabyte pro 1.000 Patienten erzeugen.3 Die Datengröße für eine ganze Population kann schnell in den Exabyte-Bereich anwachsen.

Heutzutage versorgt Intel® Technik komplexe Genomsequenzierer mit Energie, betreibt die Analytik-Pipeline und ermöglicht die laufende Forschung. Während die skalierbaren Intel® Xeon® Prozessoren eine hohe Rechenleistung bieten, unterstützen unsere Speichertechnologien skalierbare, verteilte Systeme mit hohem Durchsatz und effiziente Datenbanken. Wir sind dabei, weitere neue Lösungen zu entwickeln, um die Genomsequenzierung und -verarbeitung von Tagen auf Minuten zu verkürzen.

Code-Modernisierung für die molekulare Bildgebung

Code-Modernisierung ist im Gesundheitswesen und in der Life-Science-Branche wichtig, wo Wissenschaftler normalerweise keine Programmierer sind. Ineffizienzen in der HPC-Pipeline können Entdeckungen in Bereichen wie der molekularen Bildgebung verzögern. Intel erleichtert es Forschern, den vollen Nutzen ihrer Software auszuschöpfen, indem Intel Tools zur Leistungsprofilierung und Optimierung, Compiler und Algorithmusbibliotheken bereitstellt, damit die Vorteile der Intel® Hardware genutzt werden können.

Zugänglichere Molekular-Dynamik-Simulationen

Forscher geraten in eine Sackgasse, wenn sie keine ausreichend großen Systeme für die Molekular-Dynamik-Simulation erzeugen können. Intel entwickelt die Kapazitäten der Molekular-Dynamik mit schnellen, energieeffizienten Prozessoren, Schnittstellen, E/A und Softwarelösungen weiter.

Leistungsoptimierung durch Code

Intel arbeitet mit Branchenexperten sowie kommerziellen und Open-Source-Autoren zusammen, um Top-Branchencodes zu optimieren. Dadurch wird sichergestellt, dass die Workloads in den Bereichen Genomik, molekulare Bildgebung und Molekular-Dynamik mit optimierter Leistung auf Systemen und Clustern mit Intel® Architektur ausgeführt werden. Diese Änderungen werden über die wichtigsten Kanäle veröffentlicht, um sicherzustellen, dass alle von den Optimierungsbemühungen profitieren.

Ein Beitrag zur Verwirklichung der Präzisionsmedizin

Intel konzentriert sich darauf, Partnerschaften und Technik zu verfolgen, um schnell wachsende Datenmengen zu verarbeiten, immer anspruchsvollere Anfragen zu beantworten und komplexere biomedizinische Prozesse zu simulieren. Mit seiner Architektur, seinen Tools und Partnerlösungen möchte Intel die Gesundheits- und Biowissenschaften dabei unterstützen, die Vorteile der Präzisionsmedizin zu nutzen, um eine hochmoderne, erstklassige personalisierte Versorgung zu ermöglichen.

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Hinweise und Disclaimer

Hinweise zur Optimierung: Unter Umständen können Intels Compiler bei Optimierungen, die nicht für Mikroprozessoren von Intel spezifisch sind, auch bei Mikroprozessoren anderer Hersteller denselben Optimierungsgrad erzielen. Zu diesen Optimierungen gehören Befehlssätze für SSE2, SSE3 und SSSE3 sowie weitere Optimierungen. Intel übernimmt keine Garantie für die Verfügbarkeit, Funktionalität oder Wirksamkeit von Optimierungen für Mikroprozessoren, die nicht von Intel hergestellt wurden. Mikroprozessorabhängige Optimierungen in diesem Produkt sind für die Anwendung in Verbindung mit Intel® Mikroprozessoren bestimmt. Bestimmte, nicht für die Intel® Mikroarchitektur spezifische Optimierungen sind Intel® Mikroprozessoren vorbehalten. Entnehmen Sie weitere Informationen zu den spezifischen Befehlssätzen, die von dieser Mitteilung abgedeckt werden, den entsprechenden Benutzer- und Referenzhandbüchern.

Revisionshinweis: 20110804

Die Funktionsmerkmale und Vorteile von Intel® Techniken hängen von der Systemkonfiguration ab und können geeignete Hardware, Software oder die Aktivierung von Diensten erfordern. Die Leistungsmerkmale variieren je nach Systemkonfiguration. Kein Produkt und keine Komponente bieten absolute Sicherheit. Informieren Sie sich beim Systemhersteller oder Einzelhändler oder auf intel.de.

Die beschriebenen Kostensenkungsszenarien sind als Beispiele dafür gedacht, wie ein bestimmtes Produkt mit Intel® Technik unter den genannten Umständen und in der angegebenen Konfiguration zukünftige Kosten beeinflussen und Einsparungen ermöglichen kann. Die Umstände unterscheiden sich von Fall zu Fall. Intel übernimmt keine Gewähr für Kosten oder Kostensenkungen.

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© Intel Corporation

Produkt- und Leistungsinformationen

1“Precision medicine and molecular imaging: New targeted approaches toward cancer therapeutic and diagnosis,” 2016: ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5218860/.
3 Robison MD MBA, Reid J., „Wie groß ist das menschliche Genom?“ Präzisionsmedizin, 5. Januar 2014: http://bit.ly/1T5IVkA.