COMPASS MAGAZINE #10
COMPASS MAGAZINE #10

MODELLIERUNG DES LEBENS Simulation hilft Wissenschaftlern bei Forschung und Prognose

Simulationen helfen Wissenschaftlern dabei, menschliche Zellen, Organe und – letztendlich – die einzigartigen Variationen jedes menschlichen Körpers zu verstehen und ebnen den Weg zur hochpersonalisierten Medizin. 

Wenn ein Medikament an 10.000 Patienten mit demselben Leiden getestet wird und nur bei einem eine schwere Nebenwirkung auftritt, können die Regulierungs­behörden die Zulassung verweigern.

Die Kosten eines solchen Misserfolgs sind riesig, sowohl für die Gesellschaft als auch für den Hersteller. 

„Das bedeutet, dass die 9.999 Patienten (die davon profitieren), dieses Medika­ment nicht weiter anwenden dürfen“, sagt François Képès, der das Unternehmen Genopole France vor der BioIntelligence Initiative vertritt, einem Konsortium aus Life­-Science­-Unternehmen, Technologieanbietern und Forschungsinstituten.

Um solche Herausforderungen zu lösen, hat das Konsortium eine Software­-Plattform für die Modellierung und Simulation in den Biowissenschaften entwickelt. Von der Vorhersage, wie sich Moleküle im menschlichen Körper verhalten werden, bis zum Verstehen der komplexen Funktionen von Organen hilft die virtuelle Modellierung und Simulation den Wissenschaftlern dabei, den Körper zu begreifen, neue Behandlungs­methoden zu entwickeln und die beste Therapie für jeden Einzelnen zu wählen. 

PERSONALISIERTE MEDIZIN 

Forscher gehen davon aus, dass die Kosten für die Entschlüsselung des menschlichen Genoms noch weiter fallen werden, wodurch es möglich werden wird, das Erbgut nahezu jedes Patienten kostengünstig zu kartieren.

Die Arbeit des Konsortiums könnte den Life­-Science­-Unternehmen dabei helfen, ihre Zielgruppen präzise zu definieren, den Patienten die jeweils geeigneten Medikamente zu verab­reichen und Behandlungen für kleine Gruppen mit speziellen Krankheitsbildern zu entwickeln.

Wissenschaftler arbeiten auch daran, detaillierte 3D­-Modelle von Organen zu erstellen, an denen sie die Wirkung einer bestimmten Behandlungsmethode überprüfen können – ohne dass Versuche an Menschen oder Tieren nötig wären. Ein Beispiel dafür ist das Living Heart Projekt, das von der Harvard University und dem Massachusetts Institute of Technology, beide in Cambridge, Massachusetts (USA), ansässig, finanziert wird (siehe Video am Ende dieses Artikels). 

„ICH WÜRDE GERNE EINEN WANDEL IN DIESER BRANCHE SEHEN; AM BESTEN INNERHALB DER NÄCHSTEN 10 BIS 20 JAHRE.“ 

BernHardT Trout NOVARTIS-MIT CENTER FOR CONTINUOUS MANUFACTURING, ÜBER DAS POTENZIAL DER PRÄDIKATIVEN COMPUTERMODELLIERUNG FÜR DIE WISSENSCHAFTLICHE FORSCHUNG

Bernhardt Trout, Professor für chemische Verfahrenstechnik am MIT und Leiter des Novartis­-MIT Center for Continuous Manufacturing, geht sogar noch weiter und versucht, einzelne Prozesse innerhalb der Zellen zu modellieren. Mithilfe riesiger Supercomputer hat Trout Algo­rithmen entwickelt, die vorhersagen, wie sich Antikörper verhalten, wenn sie auf die Oberfläche eines Proteins, den sogenannten „Hot Spot“, treffen.

Die Algorithmen sind so einfach, dass Trout sie innerhalb weniger Minuten auf einem Laptop demonstrieren kann. 

DEN FOKUS SCHÄRFEN 

Wissenschaftler verwenden eine Software, die auf den Algorithmen von Trout basiert, um aus einer langen Liste vielversprechender Wirkstoffe die für die Arzneimittelforschung aussichts­reichsten Kandidaten herauszupicken. Seine Forschung hat Auswirkungen auf alle drei Phasen der Kommer­zialisierung von Medikamenten – die Entdeckung, die Entwicklung und die Herstellung.

Trout hat berechnet, dass die Pharma­industrie allein in den USA jährlich 200 Milliarden US­-Dollar in die Entdeckung und Herstellung von Medikamenten investiert. Diese Summe, so glaubt er, könne durch seine Forschungsergebnisse um 30% reduziert werden, was zu Ein­sparungen von 60 Milliarden US­-Dollar führen würde, die in die Erforschung weiterer Medikamente investiert werden könnten. „Ich würde gerne einen Wandel in dieser Branche sehen; am besten innerhalb der nächsten 10 bis 20 Jahre“, sagt Trout. 

KEINE VERMUTUNGEN MEHR 

Die Arbeit der Wissenschaftler an den Grundbausteinen der Zellen, einschließlich der Proteine und Enzyme, bilden die Basis für Software-­Tools, die umfassend prognostizieren können, wie Substanzen auf das menschliche Gewebe wirken. „Wenn die Software­-Unternehmen vorausschauende Programme entwickeln könnten, käme das einer Revolution für die Medikamentenforschung und -­entwicklung gleich“, sagt Bernard Munos, Senior Fellow bei FasterCures, einem Zentrum des Milken Institute, einem Think Tank in Santa Monica, Kalifornien. „Anstatt uns selbst den Kopf zu zerbrechen, könnten wir die Software zurate ziehen. Ich könnte fragen: ‚Ich möchte ein bestimmtes Enzym blockieren. Sage mir, was dann geschehen wird.‘ Die Software führt dann eine Simulation durch und sagt Ihnen, ob Ihr Eingriff zum gewünschten Ziel führt oder ob der Stoffwechsel der Zelle dadurch aus dem Gleichgewicht gerät und sie zerstört.“

Wenn dieser Tag gekommen ist, sagt Munos, „werden wir die Biologie in eine prädiktive Wissenschaft verwandelt haben.“

von William J. Holstein Zurück zum Seitenbeginn