Von der Mikroskopie zur KI

Mit der Berufung von Andreas von Deimling zum W3-Professor für Neuropathologie im Jahr 2007 verfolgte die Medizinische Fakultät Heidelberg der Universität Heidelberg, gemeinsam mit dem Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ), ein strategisches Ziel: Heidelberg zu einem international führenden Standort der molekularen Hirntumordiagnostik auszubauen. Als Ärztlicher Direktor der Neuropathologie des Universitätsklinikums Heidelberg (UKHD) und Leiter der Klinischen Kooperationseinheit Neuropathologie an UKHD und DKFZ entwickelte von Deimling mit seinem Team neue molekulare Diagnoseverfahren und Klassifikationsmethoden, die die Diagnostik von Hirntumoren grundlegend veränderten. Sie werden heute weltweit genutzt und haben Eingang in die Klassifikation der Weltgesundheitsorganisation (WHO) für Hirntumoren gefunden. Nun hat von Deimling die Leitung der Abteilung, die heute zu den international führenden Referenzzentren ihres Fachgebiets zählt, an Professor Dr. Dr. Felix Sahm übergeben.

„Professor von Deimling hat die Heidelberger Neuropathologie mit außergewöhnlicher Innovationskraft weiterentwickelt. Über zwei Jahrzehnte hat er sein Fach immer wieder neu gedacht und dabei molekulare Verfahren ebenso vorangebracht wie KI-gestützte Ansätze in der Diagnostik. Seine Arbeit zeigt eindrucksvoll, wie durch enge Kooperationen zwischen Wissenschaft, Klinik und weiteren Partnern Entwicklungen aus Heidelberg ihren Weg in die klinische Anwendung finden und Patientinnen und Patienten weltweit zugutekommen“, würdigt Professor Hanns-Peter Knaebel, Vorstandsvorsitzender und Vorstand Medizin des UKHD, von Deimlings Wirken.

„Exzellente Wissenschaft and Translation braucht ein Umfeld, in dem Disziplinen eng zusammenarbeiten. Prof. von Deimling hat dieses wissenschaftliche Umfeld in der Brückenabteilung mit dem DKFZ über viele Jahre entscheidend geprägt und Paradigmenwechsel in der präzisen Diagnose von neuroonkologischen Erkrankungen auf den Weg gebracht. So hat er wesentlich dazu beigetragen, die Heidelberger Neuroonkologie international zu einem der wissenschaftlich bedeutendsten Zentren weltweit zu entwickeln“, sagt Prof. Dr. Michael Boutros, Dekan der Medizinischen Fakultät Heidelberg der Universität Heidelberg.

Technologischer Wandel in der Neuropathologie

Als Andreas von Deimling die Heidelberger Neuropathologie 2007 übernahm, bestand das Team aus zwölf Mitarbeitenden in Sekretariat, ärztlichem, wissenschaftlichem und technischem Dienst. Gewebe wurde vor allem am Mikroskop begutachtet und bewertet. „Das komplexeste Gerät, das wir damals hatten, war die Kaffeemaschine“, erinnert sich von Deimling. Heute prägen Hochdurchsatz-Sequenzierung, Bioinformatik und Künstliche Intelligenz den Alltag. Inzwischen arbeiten dort sogar mehr Informatikerinnen und Informatiker als Ärzte. Das Fach wurde in den vergangenen knapp zwei Jahrzehnten gleich zweimal „umgekrempelt“, wie von Deimling sagt. Heidelberg gehörte bei beiden Entwicklungen zu den wissenschaftlichen Wegbereitern.

Den ersten Paradigmenwechsel leitete von Deimling gemeinsam mit seiner Arbeitsgruppe ein: die Entwicklung des mutationsspezifischen IDH1-Antikörpers. Bis dahin beurteilten Neuropathologinnen und Neuropathologen bestimmte, besonders aggressive Gehirntumoren, sogenannte Gliome, vor allem nach dem Erscheinungsbild ihrer Zellen mithilfe verschiedener Färbemethoden unter dem Mikroskop. Mit dem IDH1-Antikörper ließ sich erstmals zusätzlich erkennen, ob ein Tumor eine bestimmte genetische Veränderung trägt, die IDH1-Mutation. Damit floss die molekulare Information eines Tumors unmittelbar in die Diagnostik ein – ein entscheidender Schritt hin zu einer präziseren Einordnung von Hirntumoren und Auftakt zu einer Neuordnung aller Gliome in der WHO-Klassifikation.

Neues Klassifizierungssystem aus Heidelberg von der WHO übernommen

Dem zweiten Paradigmenwechsel lag ein vollkommen neuer methodischer Ansatz zu Grunde. Bei diesem wurde die DNA-Methylierung als eine besonders geeignete Grundlage für die Tumorklassifikation zunächst für Gehirntumoren und später auch für andere Tumoren außerhalb des Zentralnervensystems erkannt. Auf diesem Prinzip basiert der sogenannte Heidelberg Classifier. Das Verfahren wertet chemische Markierungen auf dem Erbgut aus, die sich wie ein Muster über die DNA legen und für verschiedene Tumorarten charakteristisch sind. „Jeder Tumor besitzt einen eigenen epigenetischen Fingerabdruck, das Methylierungsmuster“, erklärt von Deimling. Der Heidelberg Classifier vergleicht dieses Muster mit Tausenden bereits bekannter Tumoren und kann Hirntumoren dadurch deutlich genauer zuordnen. „Dadurch können wir Tumoren unterscheiden, die unter dem Mikroskop nahezu identisch aussehen, biologisch aber ganz unterschiedlich sind“, so der Pathologe. So konnten zahlreiche Tumorarten erstmals zuverlässig voneinander abgegrenzt oder neu beschrieben werden. Diese Form der Charakterisierung fand Eingang in die WHO-Klassifikation von Hirntumoren. Eine Ausgründung machte die Methode weltweit für die Routinediagnostik verfügbar.

Mit dem Einsatz von Künstlicher Intelligenz ist der nächste Sprung in der technischen Entwicklung bereits in vollem Gange: Sie hilft dabei, die stetig wachsenden Datenmengen auszuwerten und molekulare Diagnosen weiter zu verfeinern. Dass die Neuropathologie heute zu den technologisch anspruchsvollsten Fächern der Medizin gehört, überrascht von Deimling nicht. „Ich bin eigentlich genauso viel Ingenieur wie Arzt“, sagt er. Ihn habe während seiner gesamten Laufbahn angetrieben, neue Werkzeuge für eine immer präzisere Diagnostik zu entwickeln.

Große wissenschaftliche Entwicklungen entstehen nach von Deimlings Überzeugung nicht im Alleingang. Die entscheidenden Impulse für die methylierungsbasierte Klassifikation kamen ursprünglich von Kolleginnen und Kollegen aus der pädiatrischen Neuroonkologie und wurden gemeinsam mit Expertinnen und Experten der Neuropathologie, Neuropädiatrie, Neurochirurgie und Neuroonkologie an der Medizinischen Fakultät Heidelberg der Universität Heidelberg sowie dem DKFZ weiterentwickelt. Von Deimling führt den Erfolg des Standorts vor allem auf dieses enge und kooperative Zusammenspiel zurück. Forschung und klinische Anwendung seien hier von Beginn an eng miteinander verzahnt gewesen.

Methylierungsbasierte Klassifikation auf Sarkome und Hauttumoren übertragen

Für von Deimling gehörte dazu immer auch die gezielte Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses. Zahlreiche ehemalige wissenschaftliche Mitarbeitende übernahmen später Professuren oder Leitungsfunktionen, unter anderem in Hannover, Leipzig und Berlin. Auch sein Nachfolger, Professor Dr. Felix Sahm, begann seine wissenschaftliche Laufbahn in Heidelberg. Mit der Übergabe der Institutsleitung versteht sich von Deimling heute vor allem als Mentor. Künftig möchte er sich noch stärker der Forschung widmen. Aktuell arbeitet seine Arbeitsgruppe unter anderem an KI-gestützten Diagnoseverfahren sowie daran, methylierungsbasierte Klassifikationen auf weitere Tumorarten wie Sarkome und Hauttumoren zu übertragen.

Zur Person

Prof. Dr. Andreas von Deimling wurde 1959 in Freiburg geboren und studierte Humanmedizin an der Universität Freiburg. Nach Stationen in Zürich, Bonn, Boston und Berlin folgte er 2007 dem Ruf nach Heidelberg. Dort übernahm er die Leitung der Neuropathologie und der Klinischen Kooperationseinheit Neuropathologie am DKFZ. Von Deimling zählt zu den international führenden Neuropathologen und zu den meistzitierten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern seines Fachgebiets. Für seine wissenschaftlichen Leistungen erhielt er zahlreiche nationale und internationale Auszeichnungen, darunter den Deutschen Krebspreis, den International Prize for Translational Neuroscience sowie die Aufnahme in die Nationale Akademie der Wissenschaften Leopoldina und die European Academy of Cancer Sciences.