Personalisierte Medizin

Personalisierte Strahlenmedizin

Die zweite Säule der Forschungsthemen zielt auf die Reduktion von Strahlenexpositionen durch die Erhöhung der Effizienz von Strahlungsanwendungen in der medizinischen Bildgebung sowie in Therapie und Diagnostik ab. Die wesentlichen Themen sind

  • Besseres Ausschöpfen der Röntgenphysik zur Optimierung des Verhältnisses von Bildqualität und erforderlicher Strahlendosis
  • Entwicklung Nanoteilchen-basierter Methoden zur effektiveren Darstellung von Gewebsveränderungen mittels Strahlung
  • Reduktion möglicher Spätfolgen medizinischer Strahlentherapie- und Diagnoseverfahren
  • Beeinflussung von Strahleneffekten
  • Marker und molekulare Mechanismen der Strahlenkarzinogenese

Beispiele für die in diesem Bereich untersuchten Themen:

Weiterentwicklung tomographischer Bildgebung

Obwohl die Zahl der Computertomographie-Untersuchungen im Vergleich zu anderen bildgebenden Verfahren relativ gering ist, verursachen CT-Scans mehr als die Hälfte der medizinischen kollektiven Dosis in Deutschland. In der Optimierung von CT-Verfahren liegt somit ein großes Dosiseinsparpotential. Im DRS werden mehrere Ansätze verfolgt, die sich gegenseitig ergänzen - die technische Entwicklung und Erprobung neuer Aufnahmegeometrien geht Hand in Hand mit der Implementation von Rekonstruktionsalgorithmen für die Bilddaten. Mehr dazu...

Optimierung in der Nuklearmedizin

In der Nuklearmedizin erhalten Patienten radioaktiv markierte Moleküle sowohl zu diagnostischen wie auch therapeutischen Zwecken. Die Untersuchung und Modellierung der zeitabhängigen Verteilung dieser Stoffe im menschlichen Organismus erlaubt es, die zu verabreichende Dosis hinsichtlich der jeweiligen Fragestellung zu optimieren. Mehr dazu...

Biophysikalische Modelle

Das in der Arbeitsgruppe entwickelte und eingesetzte biophysikalische Modell PARTRAC simuliert die beim Durchgang von ionisierender Strahlung durch biologisches Material ablaufenden Prozesse im Computer. Unsere Arbeiten auf diesem Gebiet zielen insbesondere darauf, Mechanismen aufzudecken und zu verstehen, die nach dem Teilchendurchgang zu dauerhaften Veränderungen und Schäden an Zellen, Organen oder Organismen führen.  Mehr dazu…

Risiko von Herz-Kreislauferkrankungen nach Strahlenexposition

Der biologische Prozess der Entstehung von Atherosklerose wird mathematisch modelliert. Diese Krankheit ist eine der Hauptursachen für Herzinfarkt und Gehirnschlag. Die Modelle werden an geeignete epidemiologische Daten (z.B. für die Atombombenüberlebenden von Hiroshima und Nagasaki) angepasst. Damit wird der mögliche Einfluss von ionisierender Strahlung auf verschiedene Phasen der Entstehung von kardiovaskulären und zerebrovaskulären Erkrankungen erforscht.  Mehr dazu… 

Strahlentransportrechnungen

Die Verwendung einer Familie von menschlichen Voxelmodellen, die zudem an den individuellen Körperbau anpassbar sind (Größe, Fettanteil), erlaubt die Berechnung von personalisierten Dosiswerten für verschiedene medizinische Fragestellungen.Mit der Implementierung von hochauflösenden Teilkörpermodellen (Brust, Lunge) wird die Möglichkeit eröffnet, auch Fragestellungen der Bildgebung per Simulation zu untersuchen. Mehr dazu...

Bestimmung von Biomarkern und Modifizierung der Zielzellen einer verbesserten Strahlentherapie

Durch die Verwendung neuartiger Polymer- und Halbleiter-Sensoren wollen wir Assays für belastbare Endpunkte in zellulären Systemen nach Bestrahlung mit niedrigen Dosen mit Echtzeit Erfassung entwickeln.

Personalisierte Nutzen-Risiko-Optimierung für strahlenmedizinische Anwendungen

Wir entwickeln einen Assay für die retrospektive Bestimmung möglicher DNA- und Protein Endpunkte nach Bestrahlung von zellulären Systemen mit niedrigen Dosen.

Reduktion möglicher Spätfolgen medizinischer Strahlentherapie- und Diagnoseverfahren

Strahlenanwendungen in der Medizin können zu langfristig erhöhtem Risiko von Krebs und Herz-Kreislauferkrankungen führen. Es werden insbesondere Verfahren der Brustkrebstherapie und der Diagnose von Herzerkrankungen untersucht, die erwartete Überlebenszeiten von vielen Jahren haben. Die Abschätzung möglicher Spätfolgen durch die Strahlenexposition hat daher eine hohe medizinische and gesellschaftliche Relevanz.
Für verschiedene Therapie- und Diagnoseverfahren werden auf individueller Basis die Organdosisverteilungen berechnet, und daraus die Lebenszeitrisiken für Spätfolgen bestimmt. Dem behandelnden Arzt soll so eine Orientierungshilfe bei der personalisierten Auswahl verschiedener medizinischer Verfahren gegeben werden.

Strahleneffekte im Herzen

Excessive exposures of the heart to workplace or medical procedures involving irradiation increase the risk of cardiovascular mortality and morbidity. The aim of the group Non-cancer effects is to identify the molecular mechanisms involved in the pathogenesis of radiation-induced cardiovascular disease. We study in vivo and in vitro changes to the proteome and transcriptome of the endothelium and myocardium. Understanding these processes will ultimately enhance individualised medical applications of radiation by allowing the monitoring and avoidance of damage to the heart.

Strahleneffekte im Zentralen Nervensystem

The groups Non-cancer effects and Stem cells and neurodegeneration both investigate the actions of radiation on the brain. The former are studying the mechanisms responsible for decreased cognition after irradiation, the latter a Pax3-deficient mouse model of the interaction of radiation with Parkinson’s Disease, a progressive neurodegenerative condition. 

Röntgenfluoreszenz-Bildgebung

The most commonly used methods for visualisation of physiological processes or detection of diseases by molecular imaging have two main drawbacks: first, they have low spatial resolution, and second, they involve a radiation burden to the patient due to the radioactive decay of the incorporated tracer radionuclide. Particularly, organs involved in the metabolism and excretion of the tracer are exposed to radiation although usually not being the target of the diagnosis. An imaging modality where radiation is only present during the procedure and only in the region of interest can be achieved by exciting target isotopes bound to biological markers by external x-rays and measuring their atomic signature, the (x-ray) fluorescence. Mehr dazu...