USA's program for radikal sundhedsinnovation: ARPA-H

Når eksperter skal forklare, hvorfor USA i dén grad er førende inden for teknologisk udvikling, nævner de ofte DARPA, det amerikanske forsvars program til støtte af radikal innovation.

Internettet, GPS-satellitnavigation, mRNA-vaccinen, selvkørende biler, intelligente robotter, stealth-fly og stribevis af andre nøgleteknologier kan tilskrives tidlig og rigelig støtte fra DARPA.

Oprindeligt, ved starten i 1958, var navnet ARPA, det står for Advanced Research Projects Agency. D’et – for defence – kom senere til for at markere tilknytningen til Forsvaret.

Den særlige ARPA-model for at drive udviklingsprojekter har været så vellykket, at der nu – udover en lang række udenlandske kopier – er en lille håndfuld statslige amerikanske enheder drevet efter de samme principper, men rettet mod andre sektorer: ARPA-E støtter energiteknologi og ARPA-I fokuserer på fremtidens infrastruktur.

Seneste skud på stammen er ARPA-H, der støtter løsninger inden for sundhed. Tidligere på måneden var direktøren for ARPA-H, Renee Wegrzyn, i København, hvor Mandag Morgen mødte hende. De seneste to år har hun arbejdet med at starte den nye organisation op, og hun har både haft meget frie tøjler, et stort budget og meget ambitiøse mål.

”Vores opgave er at accelerere forbedringer af hele befolkningens sundhed. Der er enormt meget innovation inden for sundhed, ikke kun i USA, men globalt, men mange af resultaterne er for kostbare eller utilgængelige for de fleste. Vores resultater skal nå bredt ud og komme alle til gavn,” siger Wegrzyn.

High risk – high reward

Som de øvrige ARPA-enheder skal ARPA-H udtrykkeligt fokusere på udviklingsprojekter, der er ’high risk – high reward’. Projekter, der potentielt kan have meget store gevinster, men endnu er så uprøvede, at der er en betydelig risiko for, at de slår fejl.

Det har været op til Renee Wegrzyn og den stab, hun har haft travlt med at opbygge, at definere, hvilke områder indsatsen skal koncentreres om (se boks), og derefter indkalde forslag til specifikke projekter.

Processen er organiseret, så der kan tages hurtige beslutninger, og de projekter, der igangsættes, overvåges nøje med klart definerede milepæle, der afgør, om støtten fortsætter.

Beslutningerne tages af en række programledere, der hver har en høj grad af selvstændighed til at sammensætte, udvælge og støtte eller ikke støtte de forslag, man modtager fra forskere, både i private virksomheder og fra universiteter og hospitaler.

ARPA-H har et budget på 1,5 milliarder dollars om året – lidt over 10 milliarder kroner årligt, og de programmer, der startes op, har typisk budgetter på mellem 100 og 200 millioner dollar.

Det er solide beløb, men, som Renee Wegrzyn påpeger, så svarer det nogenlunde til, hvad Novo Nordisk Fonden i Danmark deler ud.

Der er indtil nu ansat 22 programledere, og det er gerne folk, der har erfaringer både fra det akademiske miljø, erhvervslivet og det offentlige, for det er vigtigt at kunne engagere alle sektorer, fordi løsningerne typisk er meget sammensatte.

Programlederne er kun ansat for tre år, og det understreger presset for at arbejde hurtigt og fleksibelt. Til gengæld har ARPA mulighed for at tilbyde noget højere lønninger end sædvanligt i offentlige organisationer, og det betyder, at man bedre kan tiltrække fremragende eksperter fra den private sektor.

Renee Wegrzyn selv er ansat i fire år, med mulighed for forlængelse med en enkelt ny periode:

”Jeg bliver også smidt ud på et tidspunkt. Jeg har en tidsbegrænsning, og det er en feature, ikke en fejl ved organisationen. Vi ønsker virkelig, at der skal holdes gang i strømmen af nye idéer,” siger hun.

Kunden skal være med i rummet

Wegrzyn kommer fra en stilling som udviklingschef i en stor biotekvirksomhed, og en af de erfaringer, hun tager med sig fra sit arbejde i industrien, er, at man ikke kan designe et produkt uden at have kunden med i rummet.

I ARPA-H er det et krav, at alle programledere kan forklare, hvordan de inddrager slutbrugeren, fortæller Wegrzyn:

”Når vi eksempelvis udvikler løsninger til præcisionskirurgi, er det kirurgerne, der er vores kunde, og for dem er operationsstuen et helligt sted. Vi kan ikke bare introducere nye redskaber og procedurer uden at have kirurger tæt involveret i udviklingen. De skal være en del af teamet for at sikre, at de har tillid til de nye værktøjer.”

Et andet eksempel er nye gen- og celleterapier, der kan vise sig at være banebrydende i forhold til behandling af kræft, genetiske defekter og autoimmune sygdomme. Men det er indgreb, der kan være ubehagelige, og derfor er det afgørende at inddrage slutbrugeren; patienterne.

AI bliver dårligere, når det møder den virkelige verden

Kunstig intelligens har naturligvis en central plads blandt de fremtidige sundhedsteknologier, som ARPA-H udvikler.

Et af deres projekter er ’Precise AI’, der skal forbedre nøjagtigheden af de mange nye AI-baserede diagnostiske værktøjer, der lanceres for tiden. Til dato har de amerikanske sundhedsmyndigheder, FDA, godkendt knap 800 systemer.

Det viser sig imidlertid, at når systemer er blevet godkendt og tages i brug, forringes deres præcision væsentligt, fordi de nu bruges på virkelige mennesker, der er langt mere mangfoldige end de datasæt, modellerne er trænet og udviklet på.

Derfor har ARPA-H startet et program, der undersøger, hvorfor ydelsen forringes, og hvordan man hurtigt kan kompensere for skævheden i de underliggende data.

Det er nødvendigt, fordi virksomhederne selv er tilbøjelige til at bruge ressourcerne på at udvikle og få værktøjerne på markedet så hurtigt som muligt – men ikke investerer tilstrækkeligt i at følge op og sikre kvaliteten.

ARPA-H’s indsats skal sikre, at tilliden til den type værktøjer – og tilliden til FDA, som har godkendt dem – bevares. 

Vi er nødt til at sikre os, at forskellighederne i befolkningen bliver taget med, når vi bygger vores AI-værktøjer.

”Vi er nødt til at sikre os, at forskellighederne i befolkningen bliver taget med, når vi bygger vores AI-værktøjer. Lige nu er de datasæt, der arbejdes med, ikke repræsentative i forhold til for eksempel race, køn og land og by,” siger Renee Wegrzyn.

Indtil starten af 1990’erne var det ikke et krav at have kvinder med i kliniske tests af medicin i USA. Det viste sig, at nogle typer medicin omsættes meget forskelligt af mænd og kvinder, og derfor er det ikke tilstrækkeligt blot at give en mindre dosis til kvinder, fordi de vejer mindre end mænd.

Tilsvarende er der eksempler på, at sygdomme og behandlinger har forskellig effekt på forskellige racer.

Kvantecomputere

Skridtet efter AI er kvantecomputere. De vil formentlig kunne lave simulationer og beregninger millioner af gange hurtigere end i dag. Teknologien kan også bruges til sensorer med en ekstrem følsomhed.

Den anvendelse, Renee Wegrzyn fremhæver er imidlertid kryptering og sikker overførsel af data. De lynhurtige kvantecomputere vil let kunne bryde traditionelle typer af kryptering. Omvendt kan kvanteteknologi også bruges til at kryptere data på en ekstremt sikker måde.

Sikkerhed mod cyberangreb er en vigtig overvejelse i forhold til fremtidige digitale og kunstigt intelligente sundhedssystemer.

En stigende del af de enorme mængder data, der skabes om sundhed, opbevares og udveksles i skyen, men det er problematisk at dele data til forskning på tværs af landegrænser, fordi man er bange for at miste kontrollen med de følsomme informationer.

Her nyder ARPA-H godt af et samarbejde med DARPA, der længe har arbejdet med de mest avancerede sikkerhedsproblemstillinger i Forsvaret. Men ARPA-H er også meget interesseret i at samarbejde med udenlandske partnere, både fra universiteter, myndigheder og det private.

Danmark er blandt de steder i verden, der er længst fremme i udviklingen af kvantecomputere, og under sit besøg i København havde Renee Wegrzyn møder med flere af de laboratorier og virksomheder, der udvikler kvanteteknologiske løsninger til sundhedssektoren.

Danmark er også interessant, fordi danske forskere har enestående detaljerede data fra målinger af de samme faktorer i befolkningen gennem mange årtier.

Det handler ikke kun om teknologi

De forskellige ARPA-enheder har gennemgående fokus på ny teknologi. Mange sygdomme bunder imidlertid i faktorer i omgivelserne som kosten, arbejdet, stofmisbrug eller forurening. I de tilfælde ville det mest effektive måske være en type indgreb, der ikke handler om pleje, men om afgifter, forbedring af sociale forhold eller regler for arbejdsmiljø.

Bliver man ikke let tilbøjelig til straks at lede efter højteknologiske løsninger på ethvert sundhedsproblem?

”Vi er agnostiske i forhold til de indgreb, vi udvikler. Det handler ikke kun om teknologi,” svarer Wegrzyn:

”Hvis man skal forebygge hjertetilfælde, kan det være så simpelt som en samtale med en læge, der siger, hej, du er 40 år, og hvis du fortsætter på det samme spor, så har du ti gange større risiko for at få et hjertetilfælde om ti år. Den samtale er måske det, der ændrer nogens adfærd.”

”Men tit sker det ikke, og så kunne det være, at et eller andet AI-værktøj kunne fortælle dig, at du skal holde op med at spise småkager. Teknologien i sig selv kan måske ikke ændre det, men det kan være en vigtig del af et større program,” siger Wegrzyn.

Teknologi kan holde patienter i eget hjem

Ligesom i Danmark står man i det amerikanske sundhedssystem i en klemme, fordi befolkningen bliver ældre, sundhedsudgifterne stiger, kravene vokser, og der er mangel på sundhedspersonale.

Og, som i Danmark, er der mange overvejelser om, hvordan man kan flytte flere af behandlingerne og mere af plejen ud fra hospitaler og helst til patientens eget hjem.

Vi er nødt til at genoverveje, hvordan pleje skal se ud fremover. Den nuværende model kan ikke skaleres.

”Vi er nødt til at genoverveje, hvordan pleje skal se ud fremover. Den nuværende model kan ikke skaleres, og derfor leder vi efter løsninger – og én af dem kan være robotteknologi,” siger Renee Wegrzyn.

Hun forestiller sig nye generationer af intelligente robotter, der kan tage ved lære og udveksle erfaringer for bedre at kunne pleje og støtte ældre mennesker i eget hjem.

”Med det tempo, AI og robotteknologi bevæger sig i, tror jeg, det er en reel mulighed i en ikke alt for fjern fremtid,” siger hun.

Et andet sæt teknologier, der kan forbedre plejen i hjemmet, er sensorer og bærbart udstyr, der løbende kan måle på patientens velbefindende og i et vist omfang diagnosticere og advare, hvis noget begynder at virke unormalt.

Det er ofte mere bekvemt for patienten, og resultatet kan være mere retvisende målinger.

Wegrzyn nævner, at man kan diagnosticere nogle degenerative sygdomme som Parkinsons syge, schlerose eller ALS ved at observere, hvordan patienten går. Men på en klinik vil patienterne typisk klare sig bedre, fordi de ved, at de bliver iagttaget.

Man opfører sig mere naturligt, når man færdes i sit eget hjem i dagligdagen, så hvis man måler under de omstændigheder i stedet, kan man måske opdage en begyndende sygdom så tidligt, at der er større sandsynlighed for et godt resultat af et indgreb.

”Vi skubber så meget ind i hjemmet, som vi kan. Jeg tror, at det er der, vi får de bedste resultater – samtidig med at vi kan forbeholde pleje på hospitalsniveau til de mere specielle situationer, hvor der virkelig er brug for indgreb på det niveau,” siger Wegrzyn.

En måde at aflaste hospitalerne på kan være at indrette små lokale, måske endda mobile, klinikker, der kan betjene landlige områder, hvor folk skal transportere sig ganske langt for at blive undersøgt af en læge.

”Forestil dig et hospital på hjul,” siger hun.

Blandt de tjenester, der på den måde kunne decentraliseres, er CT-scanninger, ultralydscanning eller røntgenbilleder. Man taler i USA om områder, der er imaging deserts; ’billed-ørkener’, hvor der ikke findes udstyr til at foretage scanninger i flere hundrede kilometers omkreds.

Korrektiv til markedet – de tidlige satsninger

Man kan overveje, om de teknologier, ARPA-H støtter, ikke under alle omstændigheder vil blive udviklet og tilbudt af private selskaber, for eksempel af Apple med deres stadigt mere avancerede iWatches og iPhones, eller af Tesla, der hævder, at de snart vil lancere billige menneskelignende robotter?

”Vi ønsker selvfølgelig ikke at være overflødige. Vi investerer i områder, som den private sektor endnu ikke er klar til at springe ud i, fordi det teknologisk er for risikabelt.”

”Den private sektor er ikke så risikovillig, som man skulle tro. De vil helst se et proof of concept, inden de investerer, og vi kan se, at de store pharma-selskaber i høj grad får adgang til innovation ved at opkøbe mindre selskaber med teknologier, der har vist, at de fungerer i praksis.”

”Vi arbejder sammen med virksomhederne for at identificere lovende områder, hvor industrien ikke investerer, men hvor de ville gøre det, hvis nogen ville bringe det lidt længere frem og fjerne noget af den teknologiske og regulatoriske risiko. Det er dér, vi sætter ind,” siger Renee Wegrzyn.

Resultaterne og data fra den udvikling, ARPA-H støtter, gøres så vidt muligt tilgængelige som open source for at understøtte målet om at gøre løsningerne billige og bredt tilgængelige.

Syntetisk biologi kan fremstille hvad som helst lokalt

Renee Wegrzyn har tidligere især arbejdet med syntetisk biologi, det vil sige sammensætning og modifikation af mikroorganismers gener, så de, så at sige, ’programmeres’ til at udskille specifikke stoffer.

Wegrzyn arbejdede i DARPA, hvor hun var leder af et projekt, der undersøgte, hvordan modificerede mikroorganismer kan bruges som en slags minifabrikker, der kan producere brændstoffer, medicin eller nye materialer.

Hun blev derefter udviklingsdirektør i Ginkgo Bioworks i Boston, der er verdens førende virksomhed inden for design af mikroorganismer.

Ikke overraskende ser Wegrzyn meget store muligheder i at modificere gener:

”Vi har et program, der ser på slidgigt, og som stiller spørgsmålet: hvad hvis leddene kunne helbrede sig selv? Hvis jeg i stedet for at få indopereret en ny hofte eller et knæ kunne få indsprøjtet brusk og knogleceller, der er designet, så de kan gendanne og forynge mine led?”

Genterapi er en anden fremtidig mulighed. Mange alvorlige sygdomme skyldes en defekt i et enkelt gen, og derfor arbejder man på at udtage enkelte celler, reparere den genetiske defekt, opformere flere raske og indsætte dem i patienten.

Med kunstig intelligens vil man kunne generere milliarder af genetiske variationer af celler, der potentielt kan bruges som vaccine – og med fremtidige computere vil man meget hurtigt kunne simulere og teste de ekstremt mange variationer for at identificere de bedste kandidater til videre udvikling.

Præcisionsfermentering, hvor man bruger genmodificerede mikroorganismer til at producere molekyler, kan vise sig at være en mere bæredygtig, billigere og energieffektiv fremstillingsmåde end den traditionelle kemiske vej.

Det passer også med ARPA-H’s fokus på at skabe mere resiliente og robuste systemer. Et af elementerne kan være at have mere decentraliserede forsyningskæder. Mange typer medicin og medicinsk udstyr produceres kun af et enkelt eller to selskaber.

Hvis en medicin fremstilles af modificerede mikroorganismer, kan man i stedet forestille sig decentrale, fleksible produktionsanlæg, der hurtigt kan omstille produktionen ved at udskifte de mikroorganismer, der bruges, til en type, der udskiller de stoffer, man har brug for.

Det er en radikal idé – men det skal det være for ARPA-H.