Living Heart Project

Virtuelles Herz für bessere Medikamententests

Das Living Heart Project soll erlauben, Medikamente und medizinische Verfahren virtuell zu testen und zu planen, um Risiken zu mindern und Tierversuche zu reduzieren.

Living Heart Project

Das virtuelle Herz als anschauliches 3D-Modell | Dassault Systèmes

Entwicklung im Labor, Tierversuche, Probandentests: Ehe ein Medikament für den Markt zugelassen wird, muss es einen langen, teuren und streng regulierten Prozess durchlaufen. Bereits die Vermutung, dass ein neuer Wirkstoff Herzrhythmusstörungen auslösen könnte, führt oft dazu, dass dessen Entwicklung trotz finanzieller Einbußen gestoppt wird. Hier sieht Prof. Dr. Philipp Kügler vom Institut für Angewandte Mathematik und Statistik der Universität Hohenheim mathematische Simulationen als möglichen Ausweg.

Hinzu kommt, dass immer wieder unvorhergesehene Faktoren die Wirkung eines Medikamentes beeinflussen, so Kügler: „Zum einen lassen sich Ergebnisse aus Tierversuchen schwer auf den Menschen übertragen. Zum anderen sind die menschlichen Probandengruppen verhältnismäßig klein. Was bei der Testgruppe eine bestimmte Reaktion auslöst, kann bei anderen Patienten völlig anders wirken.“

Ein Grund dafür ist, dass Patienten oft eine Reihe von verschiedenen Medikamenten einnehmen, die sich in ihrer Wirkung beeinflussen. Und das häufig auf unvorhersehbare Weise, weiß Kügler: „Selbst wenn ein Wirkstoff für sich selbst genommen als unbedenklich eingestuft wird, ist häufig unklar, ob er nicht doch bei zeitgleicher Einnahme mit einem anderen Medikament Herzrhythmusstörungen auslösen kann“ Es ist aber kaum möglich, in Laborversuchen oder klinischen Studien alle diese Szenarien zu testen.“

Virtuelle Modelle von Organen

Virtuelle Modelle von Organen: Diese Idee treibt Wissenschaftler aus aller Welt seit längerem um. Sie sollen es ermöglichen, medizintechnische Geräte, operative Eingriffe oder Medikamente ohne Risiko und Materialverbrauch, dafür aber in beliebiger Variation zu testen. Im „Living Heart Project“ bringen Wissenschaftler aus aller Welt ihre bisherigen Ergebnisse zusammen, um gemeinsam ein solches Computermodell des menschlichen Herzens zu entwickeln und beständig zu verbessern.

Die Daten dafür stammen unter anderem von Herzmuskelzellen aus humanen Stammzellen, die gezielt gezüchtet werden, um damit verschiedene Wirkstoffe zu testen. Mit deren Hilfe kann die Interaktion zwischen pharmazeutischem Wirkstoff und menschlichen Zellen erstmals umfassend untersucht werden. „Noch unterscheiden sich die künstlich gezüchteten Herzmuskelzellen von ihren natürlichen Vorbildern. Die Lücke wird jedoch kleiner und kleiner“, ist Kügler zuversichtlich.

Zu dieser Annäherung trägt er mit seiner Forschung bei. Der Mathematiker überprüft auf der Ebene einzelner Zellen ebenso wie kleinerer Zellverbünde, ob die bisher entwickelten Gleichungen zur Abbildung des Verhaltens künstlicher Herzzellen der Realität entsprechen, und passt sie entsprechend an.