Gitter Boltzmann basierte Simulation der Normalisierung von Blutgefäßen in Tumoren

• Antragsteller: Dr. Christian Kunert
• Fachliche Zuordnung: Biophysik
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2013
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 215021554

Blutgefäße in Tumoren haben eine chaotische Struktur. Dadurch ist die Verteilung von Chemotherapeutika stark gehemmt. Die "Normalisierung" von Tumor Blutgefäßen durch anti-VEGF (Wachstumsfaktor) Therapie verspricht einen positiven Effekt auf die Wirksamkeit von später verabreichten Chemotherapeutika. Der Haupteffekt von anti-VEGF Therapie ist dabei die Erhöhung der Blutgefäßdurchlässigkeit, eine Verringerung des Gefäßdurchmessers und eine Vernichtung der unbrauchbaren Blutgefäße. Allerdings Überschneiden sich die Veränderungen zeitlich, so dass es schwierig ist ein optimales Zeitfenster für die Chemotherapie zu finden, in dem das Medikament optimal sein Ziel erreicht. Dieses liegt vor allem an der Nichtlinearität des Problems und der Unmöglichkeit die Änderungen der Durchlässigkeit von denen der Netzwerkstruktur experimentell zu trennen. Deshalb wollen wir ein Computermodell entwickeln mit dem wir die verschiedenen Parameter getrennt voneinander untersuchen können. Wir werden dadurch in der Lage sein zu verstehen wie eine Änderung eines Parameters das Flussfeld, die Sauerstoffverteilung und letztlich die Verteilung von Chemotherapeutika beeinflusst. Dadurch lassen sich neue Strategien zur Verwendung bestehender Medikamente entwickeln oder Ziele für neue Anti-VEGF Medikamente finden. Für die Simulation der Umstrukturierung ist eine Gitter Boltzmann basierende Simulation vorgesehen. Die Simulation wird in der Lage sein, die Hemodynamik des Blutgefäß-Netzwerks zu lösen. Weiter wird die Sauerstoffverteilung auf Basis der Verteilung von roten Blutzellen und die Verteilung von Wachstumsfaktoren (VEGF) berechnet. Auf Basis der VEGF Verteilung und der lokalen Scherratenwird dann das Blutgefäß lokal angepasst. Die Ergebnisse der Simulation können dann verwendet werden um gezielt nach neuen Therapien zu suchen. Die Wirkung von Chemotherapie wird so optimiert und die Überlebenschancen von Krebs Patienten gesteigert werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Lance Munn, Ph.D.