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Contact: Juliane Boenecke

Title: ESIDA: Epidemiological Surveillance for Infectious Diseases in sub-Saharan Africa

The Overall Objective of the ESIDA project is to connect skills, methods and data objects from different research disciplines and information sources in order to explore and design new approaches of data-driven health information and surveillance systems for early detection and control of emerging infectious disease outbreaks in the target region Tanzania. The project builds upon previous networks of German and African partners and aims to strengthen the international cross-disciplinary collaboration in research and education, involving epidemiology, clinical research, biosecurity, public health, health geography, environmental sciences, computer and data sciences.

Description

In countries with limited capacities of epidemiological surveillance, disease outbreaks often go unnoticed. As a result, early detection and timely response is difficult. This is a challenge that particularly affects resource-restricted regions, such as countries in sub-Saharan Africa.

Here the growing digital infrastructure in sub-Saharan Africa and advances in communication technologies, particularly in the mobile-phone sector, hold considerable potential for improving local monitoring systems that allow for more efficient and timely information exchange. For example, the collection of health data through mobile devices and the use of Open Data as a new dimension of traditional epidemiological surveillance systems open up new avenues for research and development. However, they also require joint efforts of qualified actors across borders and research disciplines.

To achieve this goal, the ESIDA project aims to strengthen interdisciplinary and international collaboration in research and education. The anticipated outcome is the pre-prototype electronic health information and surveillance system ESIDA that aims to strengthen local epidemiological surveillance in Tanzania and help alert local public health actors at an early stage of an outbreak. In the long term, the ESIDA system could be extended to the member states of the East African Community to support efforts of local field diagnostics as part of an existing national laboratory project.

ESIDA overall structure

The ESIDA project integrates seven modules with specific research foci and objectives:

Module 1: ESIDA Collaboration and Networking (Lead: BNITM and HAW Hamburg)

The aim of module 1 is to initiate a cross-disciplinary research and education network of German and African partners in order to strengthen epidemiological surveillance of infectious diseases in sub-Saharan Africa. Together with local stakeholders in Tanzania, infectious diseases of public health importance shall be prioritized. The main activities include the overall research coordination, the identification of the strengths, weaknesses, opportunities and threats of the ESIDA network and to build capacities in joint research and teaching.

Module 2: eHealth Strategies in Epidemiological Surveillance (Lead: BNITM)

Module 2 aims to explore the potentials of digital epidemiological surveillance approaches in sub-Saharan Africa using eHealth solutions. The work focuses on the design and development of a mobile-phone based health information and surveillance system approach in Tanzania, together with local partners from research, telecommunication and health care, which enables automated real-time syndrome surveillance and early identification of diseased cases while providing tailored health information to its users. The concept builds on the results of the BMBF-funded concept and pilot study “eHISS”, which was conducted in Ghana 2013-2015 (BNITM, Kumasi Centre for Collaborative Research, the Ghana School of Public Health, UKE and the National Institute for Public Health and the Environment).

Module 3: Potentials of Open Data Sources in Epidemiological Surveillance (Lead: HAW Hamburg)

The goal of module 3 is to identify the potentials of Open Data sources (health and non-health information) for digital epidemiological surveillance in sub-Saharan Africa. The epidemiological description of the emerging infectious disease under study and its determinants in Tanzania forms the groundwork of this research. The main activities of this module focus on the summary and critical evaluation of Open Data sources taking into account the environmental, social, political and cultural context of local disease dynamics.

Module 4: ESIDA Data Management (Lead: HAW Hamburg and NM-AIST)

Module 4 aims to combine and structure various spatiotemporal health and non-health data in a joint server and database system using the information gathered through the mobile-phone-based approach (module 2) and Open Data sources (module 3). The activities form the basis of the technical concept of the ESIDA health information and surveillance system and will further focus on the development of guidelines for the management, privacy and security of electronic health information.

Module 5: Indicator-based Risk Assessment for Early Outbreak Detection (Lead: UHH and UKE)

Module 5 focuses on the identification and classification of early warning indicators for outbreak detection in Tanzania using the results obtained in module 2-4. The key activities focus on the development of a methodological framework and software concept for data monitoring and analysis to lay out spatiotemporal disease patterns using digital maps. The output will be used to generate and disseminate outbreak alerts targeting public health actors and health policy makers.

Module 6: ESIDA Pilot (Lead: BNITM and NM-AIST)

In module 6, the four operational sub-systems created in module 2-5 will be combined to design and create the electronic health information and surveillance system ESIDA (pre-prototype level). The main aim is to pilot the ESIDA system concept in the target area Tanzania by looking at its functionality and user acceptance. Additionally, it is envisaged to develop standard operating procedures (SOP) based on the early warning principle of the ESIDA system in order to coordinate local activities of outbreak investigation and laboratory diagnostics. The outcomes are to support and complement the activities and achievements of the project “EAC Mobile Labs” in East Africa.

Module 7: ESIDA Decision Support System (Lead: HAW Hamburg and NM-AIST)

Alongside module 6, module 7 focuses on the concept development of a decision support approach for early outbreak detection and control in Tanzania using the ESIDA system. Here collaboration with local stakeholders is key. The main activities include the planning and conduction of stakeholder workshops, the identification of health care pathways for effective outbreak management together with local health care providers as well as the development of an ESIDA information and implementation guideline for local stakeholders. The goal is to provide the basis for a possible follow-up pilot phase in collaboration with the East African Community (EAC).

Deutsche Version

Kontakt: Juliane Boenecke

Title: ESIDA: Epidemiologische Überwachung von Infektionskrankheiten in Subsahara-Afrika

Das gemeinsame Ziel des Vorhabens ESIDA besteht darin, die Kenntnisse, Methoden und Datenobjekte verschiedener Forschungsdisziplinen und Informationsquellen zu verbinden, um neue Ansätze datengesteuerter Gesundheitsinformations- und Überwachungssysteme zur Früherkennung und Kontrolle neu auftretender Infektionsereignisse in der Zielregion Tansania zu erforschen und zu entwickeln. Das Projekt baut hierzu auf bestehende Netzwerke deutscher und ostafrikanischer Akteure auf und zielt darauf ab, die internationale disziplinübergreifende Zusammenarbeit in Forschung und Lehre zu stärken, welche die Fachbereiche Epidemiologie, klinische Forschung, Biosicherheit, Public Health, geografische Gesundheitsforschung, Umweltwissenschaften sowie Computer und Data Science eint.

Kurzbeschreibung

In Gebieten mit unzureichenden Kapazitäten für die Erfassung und Überwachung lokaler Krankheitsgeschehen verbreiten sich Infektionskrankheiten oft unbemerkt. Infolgedessen stellen die frühzeitige Erkennung von Krankheitsausbrüchen und das Ergreifen zielgerichteter Gegenmaßnahmen eine Herausforderung für nationale Gesundheitssysteme dar. Mit dieser sehen sich vor allem ressourcenschwache Regionen, wie z.B. Länder in Subsahara-Afrika, konfrontiert.

Eine wachsende digitale Infrastruktur, insbesondere im Mobilfunksektor in Regionen Subsahara-Afrikas, und der technologische Fortschritt bieten aussichtsvolle Möglichkeiten für einen effizienteren Informations- aber auch Wissenstransfer zur Verbesserung epidemiologischer Gesundheitsüberwachung. Das Sammeln von Informationen über Mobilfunkgeräte, sowie die Nutzung offener Datenquellen (Open Data), z.B. frei zugängliche Bevölkerungs- und Umweltdaten, bergen als neue Komponente traditioneller Surveillance-Systeme ein enormes Potential, welches gleichzeitig nach einer intelligenten Vernetzung qualifizierter Akteure über Ländergrenzen und Einzeldisziplinen hinaus verlangt.

Das Projekt ESIDA verfolgt hierfür die Stärkung disziplinübergreifender und internationaler Forschung und Bildung. Das angestrebte Ergebnis ist der Entwurf des elektronischen Gesundheitsinformations- und Überwachungssystems ESIDA (Prä-Prototyp-Level), das die epidemiologische Überwachung von Infektionsereignissen in Tansania stärken und dazu beitragen soll, lokale Akteure aus Public Health und der gesundheitspolitischen Entscheidungsfindung in einem frühen Stadium eines Infektionsausbruchs zielgerichtet zu informieren. Perspektivisch ließe sich das ESIDA-System auf weitere Mitgliedstaaten der Ostafrikanischen Gemeinschaft (East African Community, EAC) ausweiten, um Maßnahmen lokaler Felddiagnostik im Rahmen eines bestehenden nationalen Laborprojekts zu unterstützen.

ESIDA Teilmodule

Das Vorhaben umfasst insgesamt sieben Module mit spezifischen Forschungsschwerpunkten und -zielen:

Modul 1: ESIDA Kollaboration und Vernetzung (Koordination: BNITM und HAW Hamburg)

Ziel des Modul 1 ist es, ein interdisziplinäres Forschungs- und Bildungsnetzwerk deutscher und afrikanischer Partner zu initiieren, um die epidemiologische Überwachung von Infektionskrankheiten in Subsahara-Afrika zu stärken. Gemeinsam mit lokalen Akteuren in Tansania sollen Infektionskrankheiten von hoher Relevanz für die Bevölkerungsgesundheit priorisiert werden. Zu den Aufgaben gehören die Koordination der Forschungstätigkeiten, die Identifizierung der Stärken, Schwächen, Chancen und Risiken des ESIDA-Netzwerks sowie der Aufbau gemeinsamer Kapazitäten in Forschung und Lehre.

Modul 2: eHealth-Strategien in der Überwachung von Infektionsgeschehen (Koordination: BNITM)

Modul 2 zielt darauf ab, die Potentiale digitaler epidemiologischer Surveillance-Systeme in Subsahara-Afrika mit Hilfe von eHealth-Strategien zu analysieren. Zusammen mit Partnern aus Forschung, Telekommunikation und Gesundheitsversorgung in Tansania wird die Konzeption eines mobilfunkbasierten Gesundheitsinformations- und Überwachungssystems verfolgt, welches eine syndrombasierte Früherkennung von Krankheitsfällen in Echtzeit ermöglichen und gleichzeitig den Nutzer:innen gezielte Gesundheitsinformationen zur Verfügung stellen soll. Das Konzept baut auf den Ergebnissen des vom BMBF geförderten Pilotprojekts “eHISS” auf, welches von 2013 bis 2015 in Ghana durchgeführt wurde (BNITM, Kumasi Centre for Collaborative Research, Ghana School of Public Health, UKE und das National Institute for Public Health and the Environment).

Modul 3: Open Data in der Überwachung von Infektionsgeschehen (Koordination: HAW Hamburg)

Ziel des Modul 3 ist es, die Potentiale verschiedenster Open Data-Quellen (gesundheits- und nicht-gesundheitsbezogene Informationen) für digitale Überwachsungssysteme von Infektionskrankheiten in Subsahara-Afrika zu identifizieren. Die epidemiologische Beschreibung der zu untersuchenden Infektionskrankheiten und ihrer Determinanten in Tansania bildet die Grundlage dieser Forschungstätigkeiten. Die zentralen Aktivitäten des Moduls konzentrieren sich auf die Erarbeitung einer systematischen Übersicht sowie die kritische Bewertung offener Datenquellen unter Berücksichtigung des umweltbedingten, sozialen, politischen und kulturellen Kontexts lokaler Krankheitsdynamiken in Tansania.

Modul 4: ESIDA Datenmanagement (Koordination: HAW Hamburg und NM-AIST)

Modul 4 verfolgt das Ziel, verschiedenste gesundheits- und nicht-gesundheitsbezogene Daten in einem gemeinsamen Datenbank- und Serversystem intelligent zusammenzuführen und entsprechend ihrer räumlichen und zeitlichen Parameter zu strukturieren. Hier fließen die durch den mobiltelefonbasierten Ansatz (Modul 2) und die offenen Datenquellen (Modul 3) gesammelten Informationen zusammen. Im Fokus des Modul 4 steht die Erarbeitung des technischen Konzepts des Gesundheitsinformations- und -überwachungssystems ESIDA. Darüber hinaus wird die Entwicklung von Richtlinien für die Aufbereitung, den Datenschutz und sicheren Umgang mit elektronischen (Gesundheits-)Informationen verfolgt.

Modul 5: Indikatorgestützte Bewertung zur Ausbruchsfrüherkennung (Koordination: UHH und UKE)

Modul 5 beschäftigt sich mit der Erarbeitung von Frühwarn-Indikatoren und der Entwicklung eines geeigneten Schemas zu Klassifizierung von Infektionsereignissen in Tansania. Grundlage bilden die Ergebnisse der Module 2-4. Dabei liegt der Schwerpunkt auf der Entwicklung eines methodischen Konzepts für die Datenüberwachung und -analyse, um detektierte Krankheitsdynamiken mittels digitaler Karten räumlich und zeitlich abzubilden und zu bewerten. Die Ergebnisse werden zur Bildung von Ausbruchswarnungen verwendet, welche Akteuren des öffentlichen Gesundheitswesens und gesundheitspolitischen Entscheidungsträgern übermittelt werden sollen.

Modul 6: ESIDA Pilotstudie (Koordination: BNITM und NM-AIST)

In Modul 6 werden die vier erarbeiteten Teilsysteme (Modul 2-5) zusammengeführt, um das elektronische Gesundheitsinformations- und Überwachungssystem ESIDA zu konzeptualisieren und prä-prototypisch zu entwickeln. Das primäre Ziel ist die Pilotierung des ESIDA-Systems in der Zielregion Tansania unter Optimalbedingungen mit den Schwerpunkten Funktionalität und Nutzerakzeptanz. Darüber hinaus wird die Entwicklung von standardisierten Vorgehensweisen (Standard Operating Procedures, SOP) auf Grundlage der generierten Warnmeldungen des ESIDA-Systems verfolgt, um lokale Ressourcen der Felddiagnostik und Ausbruchsuntersuchung effektiv zu koordinieren. Die Ergebnisse sollen die Aktivitäten des Projekts “EAC Mobile Labs” in Ostafrika unterstützen und flankieren.

Modul 7: ESIDA Decision Support System (Koordination: HAW Hamburg und NM-AIST)

Ergänzend zu Modul 6 konzentriert sich Modul 7 auf die Entwicklung eines Konzepts zur Unterstützung der gesundheitspolitischen Entscheidungsfindung (Decision Support System) bei der Bekämpfung von Infektionsausbrüchen in Tansania unter Anwendung des ESIDA-Systems. Dabei steht die Zusammenarbeit mit lokalen Akteuren im Vordergrund. Zu den zentralen Aktivitäten gehören die Planung und Durchführung von Stakeholder-Workshops, die Erarbeitung von Versorgungsstrategien für ein effektives Ausbruchsmanagement gemeinsam mit lokalen Gesundheitsakteuren sowie die Entwicklung eines Leitfadens zur Anwendung des ESIDA-Konzepts. Ziel ist es, die Voraussetzungen für eine mögliche anschließende Pilotphase in Zusammenarbeit mit der East African Community (EAC) zu schaffen.