Validierungsstudie stärkt digitalen Lungen-Zwilling

Zu erkennen, wie viel von einem inhalierten Medikament seinen Wirkort in der Lunge erreicht, ist kaum möglich. Die lokale Wirkstoffablagerung wird stark von der individuellen Lungenanatomie, dem Atemmuster, krankheitsbedingten strukturellen Veränderungen und den Aerosoleigenschaften beeinflusst. Sie kann in der klinischen Praxis oder während der klinischen Phasen bei der Arzneimittelentwicklung nicht direkt gemessen werden. Das erschwert beispielsweise die Festlegung der passenden Dosierung. Als Entscheidungshilfe werden indirekte Messungen, Populationsdurchschnitte oder klinische Ergebnisse aus späten Studienphasen hinzugezogen.

Um das zu ändern, erstellt das DeepTech-Unternehmen Ebenbuild aus Standard-CT-Daten patientenspezifische digitale Zwillinge der Lunge und nutzt physikalisch basierte Computermodelle, um den Luftstrom, die Gewebemechanik und den Aerosoltransport im gesamten Atmungssystem zu analysieren. Dieser Ansatz zeigt sowohl die leitenden Atemwege als auch den Alveolarbereich und ermöglicht so lokal aufgelöste Vorhersagen der Aerosolablagerung für den jeweiligen Patienten.

Eine begutachtete Validierungsstudie die kürzlich unter dem Titel „In-silico-Modell der gesamten Lunge mit hoher Auflösung zur Vorhersage der lokal abgegebenen Dosis inhalativer Medikamente“ in Nature Communications Medicine veröffentlicht wurde, konnte dies laut Ebenbuild belegen.

Die Modellvorhersagen zeigten eine starke quantitative Übereinstimmung mit In-vivo-Bildgebungsdaten, die mittels Single-Photon-Emissions-Computertomographie in Kombination mit Computertomographie (3D-SPECT/CT) gewonnen wurden – einem Referenzstandard zur Bewertung dreidimensionaler Wirkstoffablagerungsmuster.

„Diese Veröffentlichung liefert eine strenge, unabhängige klinische Validierung der zentralen Modellierungs-Engine, auf der unsere Plattform basiert“, sagte Dr. Kei W. Müller, CEO und Mitbegründer von Ebenbuild. „Die Fähigkeit, die regionale Aerosolablagerung auf Patientenebene quantitativ vorherzusagen, ist entscheidend, um Annahmen durch Fakten zu ersetzen. Die Validierung treibt die weitere Skalierung unserer Technologie voran, die bereits erfolgreich in umsatzgenerierenden Projekten eingesetzt wird und ihren Wert für unsere Kunden aus den Bereichen Pharma, Biotech und Medizintechnik unter Beweis stellt, die dadurch früher fundiertere Entwicklungsentscheidungen treffen können.“

Mit der Studie ist zwar die Vorhersageleistung des Modells belegt. Die Herausforderungen bei der Umsetzung inhalativer Therapien von der Entwicklung bis zum klinischen Einsatz bleiben jedoch bestehen.

„Aus modelltechnischer Sicht zeigt diese Studie, wie die Kombination von detaillierter patientenspezifischer Lungengeometrie, Luftströmung, Mechanik und Aerosoltransport in einem einzigen Modellierungsrahmen quantitative Einblicke in die pulmonale Wirkstoffabgabe ermöglicht“, ergänzte Dr. Jonas Biehler, CTO und Mitbegründer von Ebenbuild. „Indem wir diese Prozesse über die gesamte Lunge und über den Atemzyklus hinweg abbilden, können wir die Inhalationsbedingungen mit der lokal am Wirkort abgegebenen Dosis verknüpfen.“