Sonntag, 26. Mai 2019
Navigation öffnen
Anzeige:

Medizin

14. Dezember 2018 Forschung im Bereich Biomedizintechnik: Der virtuelle Krebspatient

An der Schnittstelle zwischen Biologie und Algorithmen: Prof. Dr. Heinz Koeppl und seine Mitarbeiter entwickeln Computermodelle für die personalisierte Medizin.
Anzeige:
Krebs ist nicht gleich Krebs. Jede Leukämie hat ihre Besonderheiten, jeder Tumorpatient eine einzigartige Erkrankung. Der Grund: Krebszellen sind entartete Körperzellen, deren Wachstum durch diverse Genveränderungen außer Kontrolle geraten ist. Diese Mutationen variieren selbst unter Patienten, die an der gleichen Krebsart leiden. Sogar Zellen innerhalb eines Tumors können sich genetisch unterscheiden.

Die Genveränderungen beeinflussen aber nicht nur das Wachstum der kranken Zellen, sondern auch deren Ansprechen auf eine Behandlung. „Bei einer herkömmlichen Therapie dreht man daher oft an Stellschrauben, die für einen spezifischen Patienten keinen Effekt haben“, sagt Koeppl, Professor am Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik und Zweitmitglied im Fachbereich Biologie.

Bislang verläuft nur jede vierte Krebstherapie erfolgreich – unter den Nebenwirkungen leiden die Patienten trotzdem. Die Vision von Koeppl und seinen Mitarbeitern: Zukünftig soll sich vorab abschätzen lassen, ob eine bestimmte Therapie einer erkrankten Person überhaupt helfen kann. Dafür entwickeln die Wissenschaftler Computermodelle, quasi virtuelle Patienten, die sie aus Gen-­ und Protein­-Daten der Krebszellen, aus Ergebnissen von Zellversuchen im Labor, aus histologischen Befunden, anderen klinischen Untersuchungen sowie vielen weiteren Informationen konstruieren.

Die Darmstädter Forschungsarbeiten sind eingebunden in 2 EU-Projekte: Das internationale Verbundvorhaben PrECISE, das nunmehr endet, hat sich auf das Prostatakarzinom konzentriert. Im Februar 2019 startet das iPC­Projekt, das sich mit häufigen Krebsleiden von Kindern beschäftigt.

Für einige Krebstypen gibt es bereits grobe Netzwerkmodelle und Datenbanken, die Zellprozesse, beispielsweise Signalkaskaden und katalytische Aktivitäten von Proteinen, beschreiben. Dieses Netzwerkskelett verfeinern die Forscher, indem sie aktuelle krankheits­- und patientenspezifische Informationen integrieren.

Die Kunst liege darin, Algorithmen zu finden, die das vorhandene Wissen korrekt an die neuen molekularen Daten anpassen, erklärt Koeppl. Es sei extrem wichtig, das Detailwissen in den Köpfen von Biologen und Biochemikern in die Modelle miteinzubeziehen: „Rein datengetriebene Verfahren der Künstlichen Intelligenz sind hier nicht zielführend.“

Netzwerk der molekularen Wechselwirkungen

Der virtuelle Patient bildet das Netzwerk der molekularen Wechselwirkungen in den Krebszellen ab. Wollen die Forscher ein Medikament testen, das ein bestimmtes Protein hemmt, müssen sie in ihrem Computermodell nur die Aktivität dieses Proteins verringern oder ausschalten. Sie sehen dann die Auswirkungen auf das gesamte Netzwerk und somit auf die Krebszellen. Wird der gewünschte Signalpfad deaktiviert? Vermehren sich die Zellen jetzt langsamer? Sterben sie gar ab? Oder ist der Effekt vernachlässigbar?

„Wenn man verschiedene Wirkstoffe am Netzwerkmodell durchspielt, kann man einem Patienten die beste verfügbare Therapie vorschlagen. Das ist die Idee der personalisierten Medizin“, sagt Koeppl. Immuntherapien und andere neue Behandlungsmethoden lassen sich ebenfalls mit solchen Modellen testen. Im PrECISE­Projekt wurde die Wirkung bestimmter Anti-Krebs-Mittel bereits am Computer abgeschätzt. „Die aktuellen Ergebnisse stimmen zumindest gut mit Daten aus Krebszelllinien überein“, sagt Koeppl. Das lässt hoffen, auch wenn bis zur klinischen Anwendung noch Jahre vergehen werden.

Quelle: TU Darmstadt

Literatur:

Linzner D, Koeppl H.
Cluster Variational Approximations for Structure Learning of Continuous-Time Bayesian Networks from Incomplete Data.
Advances in Neural Information Processing Systems (NIPS), 2018.


Das könnte Sie auch interessieren

„Durch Wissen zum Leben“

Wann immer möglich, wird heutzutage versucht, Krebspatienten Klinikaufenthalte zu ersparen. Die Behandlung erfolgt vielmehr bevorzugt ambulant bei niedergelassenen Krebsmedizinern oder in Klinikambulanzen. Das erlaubt es den Patienten, trotz der Erkrankung weitestgehend in ihrer gewohnten Umgebung zu leben und ihrem Alltag nachgehen zu können. Die vorwiegend ambulante Behandlung hat jedoch auch zur Folge, dass dem Patienten weniger Ansprechpartner zu allen Fragen zur Erkrankung und...

Weltkrebstag: Deutsche Krebshilfe informiert und ruft zum Handeln auf

Weltkrebstag: Deutsche Krebshilfe informiert und ruft zum Handeln auf
© julief514 / Fotolia.com

Am 4. Februar ist Weltkrebstag. Das diesjährige Motto der Weltgesundheitsorganisation lautet: „Wir können. Ich kann.“ Es steht dafür, dass Menschen durch einen gesunden Lebensstil dazu beitragen können, vielen Krebsarten vorzubeugen. „Gesundheit ist ein hohes Gut und es macht Spaß etwas dafür zu tun“, betont Gerd Nettekoven, Vorstandsvorsitzender der Deutschen Krebshilfe. Die Organisation bietet Interessierten kostenlose Infomaterialien...

Typ-2-Diabetes-Risiko senken – weniger Krebsgefahr

Typ-2-Diabetes-Risiko senken – weniger Krebsgefahr
© Fotolia / oneinchpunch

Der Weltgesundheitstag am 7. April 2016 stellt das Thema Diabetes in den Mittelpunkt. In Deutschland sind fast 7,3 Millionen Menschen von dieser Krankheit betroffen. Insbesondere Übergewicht und Bewegungsmangel begünstigen Typ-2-Diabetes. Typ-2-Diabetiker haben zudem ein erhöhtes Krebsrisiko. Ein ungesunder Lebensstil kann jedoch nicht nur zu Diabetes führen, er ist auch grundsätzlich ein Risikofaktor für verschiedene Krebserkrankungen. Die Deutsche Krebshilfe...

Schmerzmittel Methadon ist kein Krebsheilmittel - keine falschen Hoffnungen wecken

Schmerzmittel Methadon ist kein Krebsheilmittel - keine falschen Hoffnungen wecken
@ efmukel / Fotolia.com

Das Opioid Methadon sollte nicht zur Tumortherapie eingesetzt werden. Die derzeit vorliegenden Daten aus Labor- und Tierversuchen sowie einer Studie mit 27 Krebspatienten reichen nicht aus, um eine Behandlung zu rechtfertigen. Einige Medienberichte wecken dennoch bei an Leukämie oder Hirntumor erkrankten Patienten die falsche Hoffnung auf Heilung. Methadon ist zur Behandlung starker Schmerzen zugelassen und ein etabliertes Medikament in der Schmerztherapie bei Krebserkrankten. Darauf...

Sie können folgenden Inhalt einem Kollegen empfehlen:

"Forschung im Bereich Biomedizintechnik: Der virtuelle Krebspatient"

Bitte tragen Sie auch die Absenderdaten vollständig ein, damit Sie der Empfänger erkennen kann.

Die mit (*) gekennzeichneten Angaben müssen eingetragen werden!

Die Verwendung Ihrer Daten für den Newsletter können Sie jederzeit mit Wirkung für die Zukunft gegenüber der rsmedia GmbH widersprechen ohne dass Kosten entstehen. Nutzen Sie hierfür etwaige Abmeldelinks im Newsletter oder schreiben Sie eine E-Mail an: info[at]rsmedia-verlag.de.