Zelluläre Signalprozesse besser verstehen

Foto: Simulierte Zelle

Eine simulierte Zelle baut einen
Kontakt mit einer benachbarten
Zelle (nicht im Bild) auf;
© Charité-Universitätsmedizin Berlin

Dieses neue Verfahren soll nun zur systembiologischen Analyse der Funktion von Herzmuskelzellen und zur Modellierung bestimmter Daten aus Tumorgewebe von Lungenkrebspatienten eingesetzt werden.

Die Stoffwechsel- und Regulationswege der Zelle sind durch eine große Anzahl interagierender Komponenten gekennzeichnet. Um diese komplexen Systeme besser zu verstehen und Vorhersagen über das ganzheitliche Verhalten biologischer Systeme machen zu können, bedarf es der detaillierten mathematischen Beschreibung der zellulären Vorgänge. In ihrer Arbeit stellen die Wissenschaftler nun ein neuartiges Verfahren zur Modellierung und Simulation von zellulären Signalprozessen vor. Mit der beschriebenen Methode ist es erstmals möglich, dynamische biochemische und morphologische Veränderungen realistisch miteinander zu koppeln. Dies erlaubt es, aus Experimenten gewonnene biologische Erkenntnisse, beispielsweise über das Zusammenspiel einzelner Moleküle, realitätsnah in Computermodelle zu übersetzen.

„Ein weiterer Vorteil unserer Methode ist die Anwenderfreundlichkeit der Software. Sie erlaubt es auch Medizinern und Biologen ohne mathematisch-physikalische Kenntnisse, komplexe biologische Modelle zu entwerfen oder zu modifizieren“, erläutert Doktor Frederick Klauschen vom Institut für Pathologie der Charite.

Mit diesen Modellen können dann am Computer Experimente durchgeführt werden, die es den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern ermöglichen, Gedankenmodelle und Hypothesen über die Funktionsweise von physiologischen und pathologischen Prozessen zu testen. Beispielsweise kann man auf diese Weise nachvollziehen, was mit dem modellierten Signalnetzwerk in einer Zelle passiert, wenn man ein einzelnes Molekül verändert (mutiert).

So kann das Verfahren in Zukunft einen wertvollen Beitrag zur „personalisierten Medizin“ leisten, indem es die Ergebnisse der molekularpathologischen Diagnostik in einen systembiologischen Ansatz integriert und so ein besseres Verständnis der pathologischen Veränderungen erlaubt.

MEDICA.de; Quelle: Charité-Universitätsmedizin Berlin