Mogelijk baat bij Netflix-algoritmen

Onderzoek Erasmus MC naar voorspellende methoden

Wat ontdek je als je de statistische algoritmen die Netflix, Facebook en Amazon gebruiken, toepast op genetica? Wijkt het voorspellen van iemands koopgedrag af van het voorspellen welk gendefect ten grondslag ligt aan een bepaald ziektebeeld of kun je dezelfde statistische modellen toepassen? Erasmus MC gebruikt wiskundige methoden die in het bedrijfsleven zijn ontwikkeld om behandelingen te verbeteren en zorgkosten te verlagen.

Peter van der Spek is hoogleraar bio-informatica bij Erasmus MC. Hij gebruikt al jaren big data analytics om ontstaansoorzaken van ziekten en nieuwe toepassingen van bestaande medicijnen te ontdekken. Ooit raakte hij geïnspireerd door fraudeonderzoek bij banken. Daarbij gaan data scientists in hele grote datasets op zoek naar patronen en afwijkingen die kunnen duiden op fraude. Op dezelfde manier gaat Van der Spek op zoek naar de genmutatie die een ziekte veroorzaakt.

Een ziekte openbaart zich bij meerdere patiënten vaak op dezelfde manier als gevolg van dezelfde genetische fout. Maar er kan ook een andere genetische fout ten grondslag liggen aan een gelijkend ziektebeeld. Genetische verschillen kunnen derhalve de reden zijn waarom medicatie bij de ene patiënt wel goed aanslaat en bij een andere niet.

Voor het voorspellen welk medicijn bij welke patiënt werkt, gebruikt de afdeling Bio-informatica van het Erasmus MC dezelfde algoritmen als bedrijven zoals Netflix, Amazon en Facebook inzetten wanneer zij voorspellen welk aanbod ze een klant moeten doen.

Van der Spek maakt hierbij gebruik van de technologie van de start-up Grace, die een jaar geleden internationale erkenning heeft gekregen als beste wereldwijde fintech start-up. De eerste beginselen van deze technologie zijn gelegd door ir Frank van Asch in samenwerking met Erasmus MC, TU Delft en Philips Medical Systems.

 

Zeldzame ziekten

De afdeling Bio-informatica gebruikt ook technologieën die al jarenlang bestaan en die een beetje in de vergetelheid dreigen te raken. Van der Spek: “Omdat je tegenwoordig al voor 600 euro een volledig genoom in kaart kunt laten brengen, zijn we geneigd om heel snel naar deze methode te grijpen, terwijl dat niet altijd nodig is. Als je op basis van de symptomen van een patiënt een sterk vermoeden hebt van de aard van de aandoening, dan kun je het bloed ook alleen laten onderzoeken op de bekende genen die bij die ziekte betrokken zijn. Dat doen we al 25 jaar en de kosten hiervan zijn gedaald.”

Het Erasmus MC test momenteel een methode die heel goedkoop is (circa 30 euro aan materiaal) om te identificeren welke genetische fout ten grondslag ligt aan een groep zeldzame aangeboren immuunziektes. Er worden in Nederland jaarlijks 220 kinderen geboren met dermate ernstige immuno-deficiënties dat ze bij een kinderarts-immunoloog/infectioloog terechtkomen en op oudere leeftijd bij een internist-immunoloog. Internist-immunoloog prof. Martin van Hagen vertelt: “Dit zijn zeer zeldzame ziekten. Naar een zeldzame ziekte wordt weinig onderzoek gedaan. Er is dus weinig bekend over de ontstaansoorzaken en de meest effectieve behandelwijze. Soms is er niet eens een behandelrichtlijn. Dat is frustrerend. Maar als je eenmaal weet welke DNA-afwijking aan zo’n ziekte ten grondslag ligt, is het soms heel effectief om de gevolgen van dat DNA-foutje op te lossen. We gebruiken soms zelfs medicijnen die al lang bestaan en die eigenlijk voor een andere indicatie zijn ontwikkeld, maar die ingrijpen op de gevolgen van hetzelfde gendefect.”

Door de voortschrijdende inzichten in biotechnologie worden op deze basis nu ook nieuwe medicijnen ontwikkeld voor de behandeling van zeldzame afweerstoornissen.

 

Genfoutjes voorspellen

Het Erasmus MC heeft een Academic Centre of Excellence (ACE) opgezet voor de diagnose, behandeling en onderzoek naar zeldzame immunologische ziekten. Daarin werken onderwijs, onderzoek en zorg samen. De aandacht hiervoor heeft ook te maken met het feit dat bij steeds meer kankersoorten gerichte therapie met kleine moleculen en immunotherapie worden toegepast. Het blijkt namelijk dat bij sommige kankersoorten dezelfde genen betrokken zijn als bij bepaalde immuunziekten. En dat is interessant, zegt Van Hagen. “Want farmaceutische bedrijven stoppen ontzettend veel geld in het ontwikkelen van anti-kankermedicatie. Er wordt veel minder geïnvesteerd in medicatie voor de meer zeldzamere ziekten, maar wij kunnen hiermee ons voordeel doen. Als je weet dat een bepaald kankermedicijn op hetzelfde gen inwerkt als het gen dat een aangeboren immuunziekte veroorzaakt, kun je soms dezelfde medicatie gebruiken. Het kan zijn dat medicatie die voor kanker onvoldoende effectief is, omdat het medicijn niet agressief genoeg is, wel veelbelovend is voor een zeldzame immuunaandoening. Dit komt doordat de graad van agressie die voor een kankertherapie nodig is, niet gewenst is of zelfs gecontra-indiceert voor immuunziekten. Voor ons is zo’n niet agressief medicijn juist ideaal, want wij willen de processen die te hard werken alleen maar een beetje afremmen en niet volledig stilleggen.”

Voor het gehele spectrum van aangeboren immuundeficiëntieziekten zijn momenteel mutaties in 380 genen bekend die betrokken kunnen zijn bij het ontstaan ervan. Ieder gen kan verschillende fouten bevatten. In totaal gaat het om zo’n 13.000 foutjes. Van der Spek: “We hebben in samenwerking met Prof. A. Uitterlinden een chip laten ontwikkelen waar die bijna allemaal op staan. Als je een patiënt hebt waarbij je vermoedt dat deze een aangeboren immuundeficiëntie heeft, neem je wat bloed af en kun je voor slechts 30 euro identificeren welk gendefect hieraan ten grondslag ligt. De diagnostische (materiaal)kosten hiervan zijn dus ontzettend laag. Je gebruikt dit voor de diagnose en je weet welke medicatie daar potentieel op kan ingrijpen en welke niet.” Een geweldige sprong vooruit in de behandeling van deze ziekten.

 

Meer data, meer inzicht

Die sprong zou nog groter kunnen zijn als het ACE over meer data zou beschikken. Iedere data scientist weet immers: hoe groter de dataset, hoe meer verbanden je kunt vinden. En dus bedachten Van der Spek en Van Hagen een onconventioneel idee: wat als we dit onderzoek nu ook eens zouden aanbieden in andere delen van de wereld? Beiden hebben contacten in Zuidoost Azië en wisten dat de meeste landen maar een beperkt aantal ziekenhuizen hebben waar deze complexe gevallen terechtkomen. Van der Spek: “In Zuidoost-Azië ontwikkelt de medische wetenschap zich heel snel, maar de armoede op veel plaatsen is een probleem en de mensen moeten de zorg vaak zelf betalen. Er is vrijwel geen ouder die 600 euro kan neerleggen om het volledige genoom van hun zieke kind te laten analyseren. Maar 30 euro om zekerheid te krijgen omtrent de diagnose en welk medicijn het best werkt, dat kunnen de meesten wel betalen. De methode is veelbelovend, goed uit te leggen aan de ouders, maar zal eerst in de klinische praktijk bewezen moeten worden.”

Door samenwerkingen groeit de database van het ACE in Rotterdam ineens snel en doet het team veel meer nieuwe inzichten op, ook van immunodeficiënties die niet zo ernstig zijn dat je ermee bij een kinderarts of internist-immunoloog terechtkomt. Van der Spek geeft een voorbeeld: “Een baby’tje van drie maanden komt bij de dermatoloog met eczeem. Die wordt succesvol behandeld met een zalf. Vijftien jaar later komt de tiener bij de longarts met astma. Niemand die erbij stilstaat dat hetzelfde genetische foutje aan de basis van beide aandoeningen ligt, maar wij maken dit nu ineens inzichtelijk.”

De methode kent ook nadelen. Je controleert immers alleen maar op de 13.000 bekende fouten en daardoor doe je geen wezenlijk nieuwe ontdekkingen. “Maar”, zegt Van Hagen, “het zet wél aan tot een nieuwe manier van denken. Bovendien is het niet zo dat we nu helemaal geen DNA meer sequencen, een methode waarbij wel nieuwe defecten ontdekt kunnen worden. We doen beide vormen naast elkaar in nauwe samenwerking met de afdeling Klinische Genetica. De technieken vullen elkaar aan.”

 

Denk breed

Hij constateert dat deze nieuwe manier van denken bij het Erasmus MC zeker aan het doordringen is, maar dat dit nog lang geen gemeengoed is in de gewone klinische praktijk in Nederland. “Het vraagt van ons als medisch specialisten dat we veel intensiever gaan samenwerken, met bio-informatica, met klinische genetica, met big data specialisten en andere mensen die verstand hebben van IT. We moeten veel breder gaan denken door de informatiestromen die op ons afkomen.” Het is ook van groot belang om studenten hierop voor te bereiden. Daartoe heeft het Erasmus MC al stappen ondernomen. Want het spel verandert en aan de oorsprong daarvan ligt big data analytics. Een vakgebied waar Van Hagen onvoldoende verstand van zegt te hebben. “Daarom is interdisciplinaire samenwerking zo belangrijk. Dit interpreteer je allemaal niet als medisch specialist zo in je eentje.”

Hij vindt het enerverend om deel uit te mogen maken van een team dat zo anders naar medische wetenschap, zorg en de rol van data kijkt. “Wat dit traject zo bevredigend maakt, is dat we door de samenwerking met Azië aan de onderzoekkant veel meer data vergaren, wat ten goede komt aan de kwaliteit van zorg hier, terwijl we tegelijkertijd een bijdrage kunnen leveren aan de vaak schrijnende gevallen aldaar.”

 

Rol van IT in nieuwe kijk op geneeskunde

“ICT’er kom uit je hok en denk me ons mee”, is de oproep van Peter van der Spek. In het Erasmus MC houdt de it-afdeling zich voornamelijk bezig met het organiseren van de basisvoorzieningen die essentieel zijn voor de zorg, onderwijs en research, net als in vrijwel alle andere Nederlandse ziekenhuizen. Dit is reeds een enorme opgave. De it-afdeling faciliteert de netwerkverbindingen, storage en het EPD, maar kan ook een significante bijdrage leveren aan hoe IT de kwaliteit van zorg kan verbeteren. En dat is een uitdaging, want als er één sector momenteel een digitale transformatie doormaakt, is het de zorg wel.

Zouden it-afdelingen niet een veel grotere voortrekkersrol op dit gebied moeten spelen? Van der Spek zou dat verwelkomen: “Als de ‘databoys en -girls’ uit het bedrijfsleven ons kunnen helpen, dan zijn er toch zeker ook mensen bij it-afdelingen in ziekenhuizen die medici op nieuwe ideeën kunnen brengen? Binnen het medische veld komt de multidisciplinaire samenwerking nu echt op gang. Laten we dan ook multidisciplinair gaan samenwerken met IT.” (Zie kader ‘Databoys doen ontdekkingen’.)

 

‘Databoys’ doen ontdekkingen

Om te leren van het bedrijfsleven organiseerde Van der Spek afgelopen zomer met ABN-Amro een hackathon voor data scientists uit het bedrijfsleven. De ‘databoys en -girls’, zoals Van der Spek ze noemt, onderzochten een set data van kinderen met leukemie met als doel te voorspellen welke kinderen goed op een bepaalde behandeling gaan reageren en welke niet. Ze vonden een genengroep die voorspellend blijkt te zijn voor het al dan niet slagen van de behandeling, iets wat de medische wereld tot nu toe niet was gelukt. Van der Spek is niet verbaasd: “Banken zijn veel verder in data-onderzoek dan de geneeskunde. Zij ontdekken verbanden die wij als medici nooit zouden vermoeden, puur door naar de data te kijken.”

Er komt daarom een tweede hackathon, gericht op het voorspellen of een bepaalde vorm van huidkanker al dan niet zal gaan uitzaaien.

 

 

 

Gerelateerde berichten...