Modul II: "Demonstratoren zur Individualisierten Medizin"
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Öffentliche Bekanntmachung: |
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Förderzeitraum: |
2015 – 2018 |
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Gesamtvolumen: |
18 Mio. EUR |
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Geförderte Projekte: |
8 Verbünde mit insgesamt 37 Zuwendungsempfängern |
Verbundprojekt „MitoPD“: Mitochondriale Endophänotypen der Parkinson Krankheit
Verbundprojekt „SMART“: Systemmedizin bei Herzinsuffizienz
1. Ziele des Förderschwerpunktes
Mit der Fördermaßnahme e:Med Modul II „Demonstratoren“ soll gezeigt werden, dass die großen in der lebenswissenschaftlichen Grundlagenforschung entstehenden Datensätze für die individualisierte Medizin genutzt werden können. Moderne Hochdurchsatzverfahren und die Weiterentwicklung in den Informationswissenschaften machen es heute möglich, immer größere, medizinisch relevante Datenmengen systematisch zu analysieren. Diese Datensätze haben einen enormen Informationsgehalt, dessen prognostischer, diagnostischer und therapeutischer Wert für die Medizin besser genutzt werden kann. Ein zentraler Aspekt in e:Med Modul II ist daher die verstärkte Übertragung der Ergebnisse der vorklinischen Grundlagenforschung in den klinischen Alltag (klinische Translation), die durch den verstärkten Einsatz der Informationswissenschaften erreicht werden soll.
2. Stand der Fördermaßnahme
Seit März 2015 werden 37 universitäre, außeruniversitäre bzw. industrielle Forschungseinrichtungen im Rahmen von e:Med Modul II „Demonstratoren“ gefördert. Die 37 Zuwendungsempfänger verteilen sich auf acht Verbundprojekte. Sechs befassen sich inhaltlich mit der Thematik Krebs, eines mit der Funktionsweise des Herzen und eines mit der Krankheit Parkinson.
In den acht interdisziplinären Forschungsverbünden arbeiten theoretische, grundlagennahe und klinische Arbeitsgruppen gemeinsam an krankheitsbezogenen Forschungsfragen. Die Zuwendungsempfänger weisen sich durch einschlägige Vorarbeiten im Bereich der Genom- und Postgenom-Forschung bzw. Systembiologie und im medizinischen Bereich aus. Schwerpunkte ihrer Arbeit liegen auf dem Verfügbarmachen von Daten, ihrer Analyse und Integration sowie auf dem wechselseitigen Prozess von Modellierung und Anwendung.
3. Geförderte Projekte
a) Kurzbeschreibungen der laufenden Projekte
Verbundprojekt „MitoPD“: Mitochondriale Endophänotypen der Parkinson Krankheit
Das Verbundprojekt „MitoPD“ beschäftigt sich mit Parkinson und hat das zum Ziel, eine individualisierte Präventions- und Behandlungsstrategie für bestimmte Unterformen der Parkinson-Krankheit zu identifizieren. Es besteht aus insgesamt acht Kooperationspartnern, die Expertise auf den Gebieten Biologie, Medizin, Systembiologie und Bioinformatik einbringen.
Bisherige Studien zeigen, dass Störungen der mitochondrialen Funktion eine Rolle bei der Entwicklung der Parkinsonerkrankung spielen können. Im vorliegenden Verbundprojekt sollen nun Patienten identifiziert werden, die einen sogenannten "mitochondrialen Endophänotyp" aufweisen. Dafür ist geplant, quantitative Sequenzierungs- und Proteom-Analysen sowohl in Patienten-abgeleiteten Zellkulturmodellen als auch in Tiermodellen durchzuführen. Die experimentellen Datensätze werden anschließend dazu verwendet, ein Computermodell zu generieren und zu validieren, welches die Selektion von Patienten zur Teilnahme an der geplanten klinischen Studie unterstützt. Diese klinische Studie wird dann die Patientenkohorte hinsichtlich mitochondrialer Fehlfunktion und pharmakologischer Beeinflussbarkeit charakterisieren. Die im Rahmen des Verbundprojektes gewonnene Erkenntnisse und etablierten Technologien leisten damit einen konkreten Beitrag für die Identifizierung möglicher Biomarker zur (Früh-) Erkennung der Parkinson-Krankheit sowie für die Entwicklung innovativer Therapieansätze.
Teilprojekt Tübingen I
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Eberhard-Karls-Universität Tübingen |
Leiter: |
Prof. Dr. Thomas Gasser |
Teilprojekt Lübeck
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Universität zu Lübeck |
Leiterin: |
Prof. Dr. Christine Klein |
Teilprojekt Tübingen II
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Eberhard-Karls-Universität Tübingen |
Leiter: |
Prof. Dr. Oliver Kohlbacher |
Teilprojekt Tübingen III
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Deutsches Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen e.V. |
Leiter: |
Prof. Dr. Peter Heutink |
Teilprojekt Neuherberg
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Helmholtz Zentrum München |
Leiter: |
Prof. Dr. Wolfgang Wurst |
Verbundprojekt „HER2Low“: Mathematische Modellierung der Wirkungsweise von gegen HER2, EGFR und ERBB3 gerichteten therapeutischen Antikörpern zur Personalisierung der Brustkrebstherapie
Das Verbundprojekt HER2low hat das übergeordnete Ziel, die molekularen Wirkmechanismen von therapeutischen Antikörpern bei Brustkrebspatientinnen aufzuklären. Es besteht aus insgesamt fünf Kooperationspartnern, die Expertise auf den Gebieten Biologie, Medizin, Systembiologie und Bioinformatik einbringen. Im Rahmen des Forschungsprojektes werden therapeutische Antikörper untersucht, die sich gegen die Rezeptor-Tyrosin-Kinasen HER2, EGFR und ERBB3 richten. Dabei handelt es sich um drei Enzyme, die als Treiber des Tumorwachstums bei Brustkrebspatientinnen identifiziert wurden.
Ziel des Verbundprojektes ist es nun, die bestwirksamste Kombination von Antikörpern zu identifizieren, welche die Enzymaktivität effektiv hemmt und die für eine individuelle Therapie eingesetzt werden kann. Hierfür wird die Wirkung verschiedener Antikörperkombinationen zunächst in Modellzelllinien getestet, die eine unterschiedlich große Anzahl an Rezeptoren der Enzyme HER2, EGFR und ERBB3 exprimieren. Die Ergebnisse werden anschließend für die Entwicklung mathematischer Modelle genutzt, mit denen die Wirksamkeit einer kombinatorischen Therapie vorhergesagt werden kann. Die auf diese Weise identifizierten erfolgreichen Wirkstoffkombinationen werden dann in Mausmodellen geprüft. Zusätzlich soll eine gezielte Proteomanalyse in Tumorproben von Brustkrebspatientinnen durchgeführt werden, um die Rolle der Rezeptoren bei der Metastasierung aufzuklären und potentielle Biomarker für die Stratifizierung von Patientinnen zu bestimmen. Die auf diese Weise gewonnenen Erkenntnisse und etablierten Technologien leisten somit einen konkreten Beitrag für die Entwicklung von innovativen Behandlungskonzepten, die zukünftig für jede Patientin eine individuelle Wirksamkeits- und Risikoabschätzung für eine definierte Antikörpertherapie erlauben werden.
Teilprojekt Heidelberg I
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Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ) |
Leiterin: |
Dr. Ulrike Korf |
Teilprojekt Freiburg
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Albert-Ludwigs-Universität Freiburg |
Leiter: |
Prof. Dr. Jens Timmer |
Teilprojekt Göttingen
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Georg-August-Universität Göttingen |
Leiter: |
Prof. Dr. Tim Beissbarth |
Teilprojekt Heidelberg II
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Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg |
Leiter: |
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Teilprojekt Halle
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Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg |
Leiterin: |
Dr. Martina Vetter |
Verbundprojekt „MMML-Demonstrators“: Demonstrators - Molekulare Mechanismen in Malignen Lymphomen - Demonstrator der Personalisierten Medizin
Das Verbundprojekt "MMML-Demonstrators" beschäftigt sich mit Verbesserungen bei der Diagnose und Therapie von Lymphdrüsenkrebs (malignen Lymphomen) und besteht aus insgesamt sieben Teilprojekten. Beim Lymphdrüsenkrebs sind die sogenannten diffusen großzelligen B-Zell-Lymphome (DLBCL) für die größte Anzahl an Todesfällen verantwortlich. Obwohl die Krankheit im Prinzip heilbar ist, sterben immer noch ungefähr ein Drittel der Patienten. Die Expression bestimmter Gene in Tumorzellen und in den Tumor umgebenden Geweben kann jedoch dazu dienen, bestimmte Untergruppen dieser Tumore zu diagnostizieren und insbesondere Hochrisikopatienten zu identifizieren. Durch die detaillierte Kenntnis der Biologie dieser Tumore kann das gemessene Genexpressionsmuster dazu dienen, eine optimale, angepasste Therapieoption auszuwählen.
Das vorliegende Verbundprojekt wird eine neue Technik zur Genexpressionsmessung nutzen, durch die der Arbeitsaufwand und die Kosten für eine molekulare Diagnose deutlich gesenkt werden sollen. Die Verbundpartner werden diese neue Technik für die Routinediagnostik etablieren und sie sowohl mit verbesserten histologischen Methoden als auch in der Klinik validieren. Gleichzeitig sollen die gemessenen Genexpressionsmuster in einem Computermodell zur Vorhersage von möglichen Therapien genutzt werden. Dabei liegt der Schwerpunkt auf der Wechselwirkung von Tumorzellen mit dem umliegenden Gewebe. Zum Abschluss des Projekts sollen die gewonnenen Erkenntnisse in einem Web-Portal zusammengeführt und so Ärzten und Wissenschaftlern zur Verfügung gestellt werden. Die in diesem Vorhaben gewonnenen Erkenntnisse sind somit ein erster Schritt in Richtung einer molekularbiologischen Diagnostik und einer personalisierten Therapie von Lymphomen.
Teilprojekt Regensburg
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Universität Regensburg |
Leiter: |
Prof. Dr. Rainer Spang |
Teilprojekt Göttingen
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Georg-August-Universität Göttingen |
Leiter: |
Prof. Dr. Tim Beissbarth |
Teilprojekt Leipzig
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Universität Leipzig |
Leiter: |
Prof. Dr. Markus Loeffler |
Teilprojekt Kiel
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Christian-Albrechts-Universität zu Kiel |
Leiter: |
Prof. Dr. Wolfram Klapper |
Teilprojekt Stuttgart
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Robert-Bosch-Krankenhaus Gesellschaft mit beschränkter Haftung |
Leiter: |
Prof. German Ott |
Teilprojekt Berlin
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Charité - Universitätsmedizin Berlin |
Leiter: |
Prof. Dr. Nils Blüthgen |
Teilprojekt München
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Helmholtz Zentrum München |
Leiter: |
Prof. Dr. Arnd Kieser |
Verbundprojekt „SMART“: Systemmedizin bei Herzinsuffizienz
Das Verbundprojekt „SMART“ ist eine Studie im Rahmen der Fördermaßnahme e:Med, mit der die Etablierung von Systemmedizin-basierten Methoden bei Herzversagen vorangetrieben werden soll. Der Forschungsverbund vereint acht Kooperationspartner an fünf deutschen und einer luxemburgischen Institution mit Expertise auf den Gebieten Biologie, Medizin, Systembiologie und Bioinformatik. Der Arbeitsplan von „SMART“ sieht eine Unterteilung des Projektes in insgesamt sechs Arbeitspakete vor. Die im Projektverlauf entwickelten Methoden sollen eine verbesserte Vorhersage von individuellen Krankheitsverläufen und der Wirksamkeit von Behandlungskonzepten ermöglichen.
Das Gesamtziel des Verbundprojektes ist es, Modellierungsmethoden zu entwickeln, die relevante Informationen aus den Bereichen Genetik, Proteomik, Zellphysiologie, Blutfluss und ventrikuläre Biomechanik miteinander koppeln. Die Validität und klinische Relevanz der Methoden soll im Rahmen einer proof-of-concept-Studie bei Patienten mit Herzklappenstenose untersucht werden. Dabei soll es durch den Einsatz der validierten Modelle möglich sein, die Patienten-spezifische Antwort auf einen chirurgischen Aortenklappenersatz in Zusammenspiel mit einer pharmakologischen Begleittherapie mit Angiotensin-Rezeptorblockern vorherzusagen. Der Rahmen wird daher von einer klinischen Pilotstudie gebildet, in der 60 Patienten mit Aortenklappenstenose vor und nach einem operativen Herzklappenersatz untersucht werden. Von diesen Patienten wird ein pre- und postoperativer Datensatz erhoben. Dieser dient als Inputparameter für Modellierung bzw. Simulation der kardiovaskulären Funktion. Mit der Modellierung sollen der Verlauf der Erkrankung simuliert bzw. die postoperativen Ergebnisse vorhergesagt werden.
Teilprojekt Berlin I
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Deutsches Herzzentrum Berlin |
Leiter: |
Prof. Dr. Titus Kühne |
Teilprojekt Potsdam
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Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH |
Leiter: |
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Teilprojekt Berlin II
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Charité - Universitätsmedizin Berlin |
Leiter: |
Prof. Dr. Titus Kühne |
Teilprojekt Berlin III
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Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin |
Leiter: |
Dr. Martin Falcke |
Teilprojekt Leverkusen
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Bayer Technology Services GmbH |
Leiter: |
Dr. Thomas Wendl |
Verbundprojekt „MAPTor-Net“: Personalisierte Therapie
pankreatischer neuroendokriner Tumoren basierend auf mathematischen
Modellen des MAPK-mTOR Netzwerkes
Der Forschungsverbund „MAPTor-NET“ beschäftigt sich mit dem Thema Bauchspeicheldrüsenkrebs und besteht aus drei Kooperationspartnern, die Expertise auf den Gebieten Biologie, Medizin, Systembiologie und Bioinformatik einbringen. Das übergeordnete Ziel des Projektes ist die Identifizierung von zielgerichteten Therapiestrategien bei der Behandlung von pankreatischen neuroendokrinen Tumoren (pNET). Im Verlauf des Forschungsprojektes sollen die genetischen Veränderungen in den MAPK- und mTOR-Signaltransduktionswegen untersucht werden, deren Überaktivierung mit einem Tumorwachstum in Verbindung steht. Dafür ist vorgesehen, quantitative Sequenzierungs- und Proteomanalysen in Patienten-abgeleiteten Zellkulturmodellen und Tumorproben durchzuführen. Die experimentellen Datensätze werden dann verwendet, um ein kombiniertes MAPK-mTOR-Computermodell zu generieren. Dieses Modell kann letztendlich für eine Stratifizierung der Patienten vor einer Therapie genutzt werden, da es eine Vorhersage der möglichen Therapieantwort auf spezifische Wirkstoffe ermöglicht. Das Modell soll an Patienten getestet werden, die im Rahmen einer klinischen Studie mit den Wirkstoffen Everolimus und Pasireotid – einem mTOR-Inhibitor und einem Hemmer für die Ausschüttung von Adrenocorticotropin – behandelt wurden.
Die im Rahmen des Verbundvorhabens gewonnen Erkenntnisse und etablierten Technologien leisten somit einen konkreten Beitrag zur Entwicklung von innovativen Testverfahren, die künftig für jeden Patienten eine individuelle Wirksamkeits- und Risikoabschätzung für ein definiertes Medikament erlauben werden.
Teilprojekt Berlin I
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Charité - Universitätsmedizin Berlin |
Leiterin: |
Prof. Dr. Christine Sers |
Teilprojekt Oldenburg
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Carl von Ossietzky Universität Oldenburg |
Leiterin: |
Prof. Dr. Kathrin Thedieck |
Teilprojekt Berlin II
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Humboldt-Universität zu Berlin |
Leiter: |
Prof. Dr. Ulf Leser |
Verbundprojekt „SYS-GLIO“: Systembasierte Vorhersagen für das biologische und klinische Verhalten von Gliomen
Hirntumore (Gliome) gehören zu den Tumoren mit einer sehr schlechten Überlebensrate. Kinder wie auch Erwachsene haben ab dem Zeitpunkt der Diagnose lediglich eine mittlere Überlebenszeit von weniger als 12 Monaten. Das vorliegende Verbundprojekt sucht nun nach möglichen Ursachen für die hohe Sterblichkeit. Dafür sollen die genetischen Eigenschaften maligner Hirntumore mit unterschiedlichen Schweregraden genauer analysiert werden. Dafür werden – bereits vorhandene – umfangreiche molekulare Hochdurchsatzdaten von Hirntumoren genutzt und mit mathematischen Modellen analysiert. Auf der Basis dieser Daten und Modelle sollen dann neue Konzepte der "Individualisierten Medizin" für Hirntumor-Patienten entwickelt und so möglichst passgenaue personalisierte Therapien abgeleitet werden.
Die Verbundpartner haben schon zuvor im deutschen Gliomnetzwerk große, gut dokumentierte Patientenkohorten betreut. Die molekularen Hochdurchsatzdaten werden in mathematischen Modellen analysiert. Mittels eines systemmedizinischen Ansatzes können molekulare Signalwege und Netzwerke identifiziert werden, die an der Tumorentstehung wesentlich beteiligt sind. Durch diese Modelle soll es künftig möglich sein, neue prognostische bzw. prädiktive molekulare Signaturen zu extrahieren. Diese sollen zu einer verbesserten Stratifizierung von Patienten in Therapie-relevante Untergruppen sowie zu neuen zielgerichteten Therapien führen. Die Ergebnisse sollen dabei unmittelbar in das klinische Umfeld –etwa über die Entwicklung neuer klinischer Studienprotokolle – übertragen werden.
Teilprojekt Heidelberg
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Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ) |
Leiter: |
Prof. Dr. Peter Lichter |
Teilprojekt Düsseldorf
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Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf |
Leiter: |
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Teilprojekt Hamburg
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Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf |
Leiterin: |
Prof. Dr. Katrin Lamszus |
Teilprojekt Leipzig
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Universität Leipzig |
Leiter: |
Prof. Dr. Markus Loeffler |
Verbundprojekt „HaematoOPT“: Modell-basierte Optimierung und Individualisierung von Behandlungsstrategien in der Hämatologie
Zentrales Ziel dieses Projektes ist es, die praktische Anwendbarkeit mathematischer Modelle zur Beschreibung normaler und leukämischer Blutbildung im Rahmen klinischer Entscheidungsprozesse zu zeigen. Das Projekt basiert maßgeblich auf mathematischen Modellen der drei Hauptentwicklungslinien der Blutzellen (d.h. der Erythropoese, Granulopoese, Thrombopoese) und deren Regulation durch Wachstumsfaktoren, sowie auf Modellen zur Beschreibung der Blutstammzellen. Diese Modelle wurden in den letzten Jahren in den beteiligten Arbeitsgruppen entwickelt und sollen nun von der Grundlagenforschung in die klinische Praxis gebracht werden, um so die Behandlung der entsprechenden Erkrankungen zu verbessern.
Die Arbeiten in diesem Verbundprojekt konzentrieren sich auf die Analyse dynamischer Merkmale der individuellen Krankheitsentwicklung an den zwei Beispielen der gestörten Blutbildung und der Behandlung von chronischen Leukämien (CML). Wesentlich dafür ist die Analyse patientenspezifischer Zeitverlaufsmessungen von Biomarkern während der Krankheitsprogression und des Therapieansprechens. Mit Hilfe systembiologischer Methoden wird zunächst das Ziel verfolgt, eine Stratifizierung der Patienten nach Risikogruppen vorzunehmen und damit eine gezieltere Behandlung zu ermöglichen. In einem zweiten Schritt sollen dann Behandlungseffekte für die individuellen Patienten vorhergesagt und die Therapie entsprechend angepasst werden. Dadurch soll gezeigt werden, dass die Systemmedizin einen wesentlichen Fortschritt in der erfolgreichen Behandlung von Patienten ermöglichen kann.
Teilprojekt Dresden
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Technische Universität Dresden |
Leiter: |
Prof. Dr. Ingo Röder |
Teilprojekt Leipzig
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Universität Leipzig |
Leiter: |
Prof. Dr. Markus Loeffler |
Teilprojekt Jena I
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Universitätsklinikum Jena |
Leiter: |
Prof. Dr. Andreas Hochhaus |
Teilprojekt Jena II
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Leibniz-Institut für Altersforschung |
Leiter: |
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Teilprojekt Köln
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Universität zu Köln |
Leiter: |
Dr. Gero von Gersdorff |
Verbundprojekt „Melanoma sensitivity“: Validierung des prädiktiven SYSACT Modells zur TRAIL/APG und Trametinib/Dabrafenib Kombinationstherapie beim malignen Melanom unter Verwendung eines organotypischen 3D Sphäroid-Modells
In dem Verbundprojekt „Melanoma sensitivity“ soll die Wirkung einer Kombination von Therapeutika gegen das maligne Melanom (schwarzer Hautkrebs) untersucht werden. Um die Wirkung der Therapeutika analysieren und vorhersagen zu können, soll ein mathematisches Modell verwendet werden, welches das Zusammenspiel der wichtigsten Komponenten im Krankheitsgeschehen simulieren kann. Grundlage des Projektes ist eine einfache Version dieses Modells, das bislang das Krankheitsgeschehen nur unter Laborbedingungen abbilden kann. Diese Vorversion soll nun so erweitert werden, dass das angepasste Modell die Situation im Menschen realistisch wiedergibt. Im Idealfall kann es die Wirkung von kombinierten Therapeutika vorhersagen, die ansonsten nur unter unverhältnismäßig großem Aufwand getestet werden könnten. Anhand dieses Projektes kann somit auch der konkrete direkte Nutzen für den Patienten durch die Verwendung des systemmedizinischen Ansatzes – d. h. einer Kombination aus biologischen, medizinischen und mathematischen Methoden – demonstriert werden.
Um dieses Ziel zu erreichen arbeiten im vorliegenden Verbundprojekt Arbeitsgruppen aus Deutschland, Luxemburg und Irland zusammen. Die Partner stellen jeweils unterschiedliche Expertisen zur Verfügung, um die Wirkung der Therapeutika auf das maligne Melanom zu testen, zu analysieren und das Modell zu erweitern. Die verschiedenen Therapeutika – darunter neue Wirkstoffe, die direkt aus der vorklinischen Entwicklung kommen – werden an 3D-Zellkulturen getestet, in denen die Situation der Hautkrebszellen im Ursprungsgewebe nachgestellt wird. Es werden nicht nur etablierte und gut charakterisierte Zelllinien untersucht, sondern auch Patientenmaterial für die 3D-Zellkultur verwendet. Dadurch wird das Krankheitsgeschehen möglichst realitätsnah nachgebildet. Validiert werden die Ergebnisse durch die Untersuchung von Gewebeproben aus der Biobank des Südwestdeutschen Tumorzentrums Tübingen. Die hier gewonnenen Informationen fließen dann in das mathematische Modell ein, welches Vorhersagen über den Erfolg der Kombinationstherapien treffen soll.
Teilprojekt Dresden I
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Technische Universität Dresden |
Leiterin: |
PD Dr. Dagmar Kulms |
Teilprojekt Dresden II
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Technische Universität Dresden |
Leiterin: |
Prof. Dr. Friedegund Meier |
Teilprojekt Stuttgart
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Universität Stuttgart |
Leiter: |
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