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In diesem Arbeitsprojekt wird ein bereits etabliertes, einzelzellbasiertes Modell der multipotenten hämatopoetischen Stammzellen (HSC) weiterentwickelt und optimiert. Auf der Basis dieses Modells wird es möglich sein, individuelle Entscheidungen bezüglich des Entwicklungsweges der hämatopoetischer Stamm- und Progenitorzellen sowie deren systemische Bedeutung für das Gesamtgewebe quantitativ zu erklären.

Weiterhin wird ein umfassendes, auf Zellpopulationen basierendes Modell der drei Hauptdifferenzierungslinien der Blutbildung (Granulozyten, Erythrozyten und Thrombozyten) erstellt, um die Dynamik der Blutbildung unter normalen und gestörten Bedingungen quantitativ zu erfassen. Hierbei werden sowohl die pharmakokinetischen und pharmakodynamischen Effekte von Zytokinapplikationen (G-CSF, EPO, TPO) als auch die zytotoxischen Effekte von Polychemotherapien modelliert. Die Arbeiten erfolgen parallel bei Menschen und Mäusen, wobei für Mäuse die Dynamik der Knochenmarkzelllinien unter verschiedenen Störungen durch modellspezifische Experimente untersucht werden und sehr engmaschige Zeitreihen von Zytokinspiegeln und Blutwerten gemessen werden. Dies ermöglicht eine genaue Modellierung der Knochenmarksdynamik sowie der Pharmakokinetik und -dynamik von Wachstumsfaktorapplikationen. Für die Modellierung beim Menschen kann dagegen auf einen großen klinischen Datensatz mit gesammelten Blutbildern von Patienten unter verschiedenen Therapien zurückgegriffen werden. Die Modellierung beim Menschen erfolgt in Analogie zur Maus, wobei identifizierte Modellmechanismen übernommen werden.

Systematische Modellsimulationen sollen anschließend dazu dienen, supportive Zytokingaben während der Chemotherapie zu optimieren und die zu erwartende Toxizität von intensivierten Therapien zu evaluieren. Weiterhin sollen individuelle Faktoren, welche die Toxizität einer Chemotherapie beeinflussen können, berücksichtigt werden.

Das hämatopoetische Stammzellmodell und das Zellpopulationsmodell reifer hämatopoetischer Zellstufen sollen des weiteren zu einem umfassenden Modell der Blutbildung vereint werden, welches die Dynamik der Hämatopoese im Gleichgewicht und nach verschiedenen Störungen (Hämatotoxizität, Zytokingabe) beginnend bei multipotenten Stammzellen bis hin zu reifen Blutzellen quantitativ beschreibt sowie entsprechende Simulationen neuer Therapieszenarien erlaubt.