Strahlen-Systembiologie

Strahlen-Systembiologie und Strahlenrisiko

Die dritte Säule der Forschungsthemen des DRS ist eng verbunden mit dem neuen strategischen Ziel des Helmholtz Zentrum München “Personalisierte Medizin”. Viele Aktivitäten zielen auf dieses Forschungsziel ab:

  • Ermittlung kleiner Moleküle für die personalisierte Strahlentherapie
  • Physikalisch basierte Optimierung in der Strahlendiagnostik und -therapie
  • Personalisierte Risiko/Nutzen Analyse für medizinische Strahlenanwendungen
  • Marker für die Strahlentherapie


Beispiele für die in diesem Bereich untersuchten Themen:

Klinische Kooperationsgruppe „Personalisierte Radiotherapie bei Kopf-Hals-Tumoren"

Die Klinische Kooperationsgruppe „Personalisierte Radiotherapie bei Kopf-Hals-Tumoren“ hat sich zum Ziel gesetzt, molekulare Marker in den Tumoren zu identifizieren, mit denen sich die Wirksamkeit einer Strahlentherapie vorhersagen lässt. Damit wird ein wichtiger Schritt in Richtung einer Verbesserung und Individualisierung der Therapie getan.  Mehr dazu...

Krebsrisiko nach Strahlenexposition und Modelle der Karzinogenese

Berufliche und medizinisch-diagnostische Strahlenexpositionen können Dosen im Bereich von 10 bis über 100 mSv verursachen. Um das damit verbundene Krebsrisiko abzuschätzen, werden stochastische Modelle der Krebsentstehung entwickelt, die klassische strahlenbiologische Effekte wie Mutationen und Inaktivierung von Zellen, aber auch nicht-klassische Effekte wie Bystander-Effekte oder genomische Instabilität berücksichtigen.
Aus molekularbiologischen Daten können mit Hilfe der Systembiologie funktionelle Mechanismen der zellulären Veränderungen zum Krebs aufgedeckt werden. Diese Mechanismen können in die Modelle der Karzinogene eingebaut werden. Aus Analysen von strahlenepidemiologischer Daten mit diesem Modellen können Effekte dieser Mechanismen getestet und quantifiziert werden. Damit lässt sich eine Verbindung von Strahlenbiologie und Epidemiologie herstellen.

Software-Programm ProZES: Zusammenhang zwischen Krebs und vorhergegangener Strahlenexposition

Für Personen, die einen Krebs nach vorhergegangener Strahlenexposition entwicklen, kann die Wahrscheinlichkeit abgeschätzt werden, dass dieser Krebs durch Strahlung verursacht wurde. Dazu werden Risikomodelle für alle Krebsarten nach aktuellem Stand der Forschung entwickelt. Als Basis dient vor allem die Kohorte der Atombombenüberlebenden von Hiroshima und Nagasaki, der weltweit größte strahlenepidemiologische Datensatz. Besondere Herausforderungen liegen in der stochastischen Beschreibung der Unsicherheiten, sowie des Risikotransfers von der japanischen auf die deutsche Bevölkerung.
Das Software Programm ProZES wurde entwickelt zur Berechnung dieser Zusammenhangswahrscheinlichkeit. Es besitzt eine grafische Oberfläche und läuft unter dem Windows Betriebssystem. Es kann auf Anfrage erhalten werden (ab November 2015).

Risiko von Herz-Kreislauf-Erkrankungen nach Strahlenexposition

Neben Krebs kann Strahlung auch zur Entstehung anderer Krankheiten beitragen. Von besonderer Bedeutung sind dabei Herz-Kreislauf-Erkrankungen, die häufigste Todesursache weltweit. Die Annahme, dass Herz-Kreislauf-Erkrankungen nur durch direkte Zellschäden von hohen Strahlendosen induziert werden können, musste in den letzten Jahren korrigiert werden, da in Zell- und Tierversuchen weitere biologische Mechanismen gefunden wurden. Außerdem wurde u.a. bei den Atombombenüberlebenden beobachtet, dass bereits mittlere Strahlenexpositionen das Krankheitsrisiko erhöhen. In der Arbeitsgruppe Strahlenrisiko wird mit Hilfe verschiedener Kohortendaten der Risikoverlauf bei kleinen und mittleren Dosen untersucht, die für den Strahlenschutz von besonderer Bedeutung sind. Der Krankheitsverlauf von Atherosklerose, der Hauptursache von Herz-Kreislauf-Erkrankungen, wird mechanistisch modelliert, um den Einfluss der Strahlung besser verstehen und das Risiko individuell abschätzen zu können.