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Simulation von Hämatopoese und Leukämie

Ein menschliches Gehirn besteht aus etwa 100 Milliarden Nervenzellen. Im Vergleich dazu produziert das Knochenmark rund 350 Milliarden rote Blutkörperchen pro Tag. Das entspricht ungefähr der Anzahl der Sterne in der Milchstraße.
Erstaunlicherweise wird diese gewaltige Zahl von einigen hundert Stammzellen gebildet, die viele Stadien der Zellteilung und -differenzierung durchlaufen – einen Prozess namens Hämatopoese.

Blutkrebs

Da sich diese Zellen sehr oft teilen müssen, bevor sie zu voll entwickelten Blutkörperchen werden und da so viele jeden Tag produziert werden, sind sie anfällig für irgendwo in diesem Prozess auftretende Mutationen. Einige dieser Mutationen (oder Kombinationen davon) können eine gesunde Zelle in eine Krebszelle verwandeln, die sich wiederum teilt und unkontrolliert vermehrt. Das führt zu Blutkrebs, dessen bekannteste Form die Leukämie ist.

Mathematisches Modell

Wir haben ein mathematisches Modell des menschlichen Hämatopoese-Systems entwickelt, das am Computer simuliert werden kann. Anhand dieses Modells haben wir die Genese, Entwicklung und Behandlung von Leukämie studiert. In unseren Simulationen haben wir zum Beispiel herausgefunden, dass die Reihenfolge, in der verschiedene Mutationen auftreten, einen großen Einfluss darauf hat, ob ein Patient an Leukämie erkrankt oder nicht. Verschiedene Medikamente können die Effekte einzelner Mutationen bekämpfen. Folglich wäre es auch möglich, die Reihenfolge, in der diese Medikamente verabreicht werden, durch ähnliche Computersimulationen zu optimieren.

Mit Simulation interagieren

Die Simulation kann in Echtzeit per Online-Anwendung beobachtet oder es kann mit ihr interagiert werden. In dieser Anwendung kann der Benutzer verschiedene Mutationen einbringen und deren negative Effekte auf verschiedene Blutwerte (etwa die Anzahl roter und weißer Blutkörperchen) beobachten. Zudem kann ein virtueller Patient einer Stammzellentransplantation zur Behandlung von Leukämie unterzogen und es kann verfolgt werden, wie sich dessen Blutwerte wieder erholen. Solche Simulationen hätten einen großen didaktischen Nutzen für Medizinstudenten, was das Verständnis von Hämatopoese und Leukämie betrifft.