Würfeln für Profis –
Mit Simulation zum Therapie-Erfolg!

Werden neue Therapien entwickelt, wird in klinischen Studien zunächst deren wahrscheinliche Wirksamkeit ermittelt. Gute Therapien haben rein statistisch eine geringe Wahrscheinlichkeit zu versagen. Der Nachteil bei diesem Vorgehen ist, dass es selbst bei geringer Wahrscheinlichkeit für ein Therapieversagen dennoch dazu kommen kann. Wir können dies mit einem Würfelspiel vergleichen. Auch wenn die Wahrscheinlichkeit nur eine Sechs zu würfeln eher klein ist, so tritt dieses Ereignis dennoch – wie jeder weiß – hin und wieder auf.

Mithilfe von mathematischen Modellen und Computersimulationen tragen Systemmediziner um Professor Dr. Ingo Röder (TU Dresden) und Professor Dr. Markus Löffler (Universität Leipzig) dazu bei, die individuellen Krankheitsverläufe beziehungsweise das konkrete Therapieansprechen des jeweils behandelten Patienten besser vorherzusagen. Ziel ist es, zu einer für diesen Patienten optimalen Therapie beizutragen. Auf das Würfelbeispiel übertragen, würde der konkrete Wurf des Würfels am Computer simuliert werden - mit all seinen beeinflussenden Parametern, die das Werfen bestimmter Augenzahlen bevorteilt: Wie schnell wurde er gerollt, auf welchem Untergrund rollte er, ist das Material aus dem der Würfel besteht homogen oder gibt es gegebenenfalls ein Ungleichgewicht.

Die mathematischen Modelle und Computersimulationen werden so aufbereitet, dass sie den Medizinern als neues digitales Hilfsmittel bereit stehen. Die von den Wissenschaftlern entwickelten Modelle nutzen dabei unter anderem sogenannte gewöhnliche ­Differentialgleichungen und Zufallsprozesse, welche mithilfe von Computerprogrammen simuliert werden. Um die Ergebnisse zu ­präsentieren und sie Medizinern zugänglich zu machen, haben sie eine spezielle Software entwickelt. Diese ermöglicht es, die Computersimulation mit den Patientendaten, die in Datenbanken abgelegt sind, zu verknüpfen und über eine Nutzeroberfläche am Web-Browser darzustellen. So werden Krankheits- und Therapieverläufe individueller ­Patienten vorhergesagt und Ärzten somit eine weitreichende Unterstützung bei ihren Therapieentscheidungen an die Hand gegeben. Ein konkretes Anwendungsgebiet sind Chemotherapie-Behandlungen bei Patienten mit Lymphdrüsenkrebs. ­Normalerweise werden bei dieser Erkrankung mehrere Zyklen der Chemotherapie verabreicht. Je toxischer die Therapie ist, desto besser kann zwar der Krebs bekämpft werden, desto schwerwiegender sind aber auch die Nebenwirkungen. Um letztere so gering wie möglich zu halten, kommt es darauf an für jeden Patienten eine Behandlung zu finden, die möglichst effektiv den Krebs bekämpft, aber dennoch die Nebenwirkung möglichst geringhält. Hierbei werden die Computermodelle genutzt, um eine für den Patienten optimale Behandlung im Sinne einer effektiven und dennoch möglichst schonenden Dosierung zu finden.

Spotlight aus dem Demonstratorbund HaematoOPT - Modell-basierte Optimierung und Individualisierung von Behandlungsstrategien in der Hämatologie, aus der Broschüre "Systemmedizin - Von Big Data zur personalisierten Medizin".