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Medizinische Anwendung

Nach hämatopoetischen Stammzelltransplantationen können lebensbedrohliche Komplikationen auftreten, wie zum Beispiel Virusinfektionen, Transplantat-gegen-Wirt-Reaktionen oder Krankheitsrückfälle. Zurzeit ist es noch nicht möglich vorherzusagen, bei welchen Patienten diese Komplikationen auftreten, und lebensrettende Maßnahmen werden oft zu spät eingeleitet. Im Rahmen des XplOit-Projektes sollen prädiktive Modelle entwickelt werden, die individuell für jeden Patienten mögliche Komplikationen voraussagen, damit diesen frühzeitig entgegengewirkt werden kann.

Direkt nach einer Stammzelltransplantation muss eine vorübergehende Immunsuppression erfolgen, um eine Akzeptanz des Empfängerorganismus zu erreichen. Die Intensität und Dauer der Immunsuppression bis zur Entwicklung eines vollständigen hämatopoetischen Chimärismus wird von zahlreichen Faktoren, unter anderem durch den Grad der immunologischen Übereinstimmung der Gewebeverträglichkeitsmerkmale  zwischen Transplantatspender und Patient (sog. Human Leukocyte Antigens [HLA]), das Krankheitsstadium und auch das Alter von Spender und Empfänger bestimmt. Die entsprechende Immundysfunktion, die oft auch nach Absetzen der Immunsuppression fortbesteht, kann zu schweren Komplikationen wie Abstoßung des Empfängerorganismus (sog. Graft-versus-Host Disease (GvHD)), aber auch zum Rückfall der Grunderkrankung führen. So treten vital bedrohliche GvHD in bis zu 15 % und Krankheitsrückfälle in bis zu 30 % der Transplantatempfänger auf und tragen damit wesentlich zur Morbidität und Mortalität nach allogener, hämatopoetischer Stammzelltransplantation (HSZT) bei. Die Behandlungsoptionen bei diesen Komplikationen sind begrenzt und beruhen auf kostenträchtigen und zeitintensiven Prozeduren.

Durch die Immunsuppression können auch im Empfänger vorhandene, latente Virusinfektionen reaktiviert und schwere Komplikationen hervorgerufen werden. Die häufigste virale Komplikation nach allogener Stammzelltransplantation stellt in ca. 70 % der Fälle eine Reaktivierung des Cytomegalievirus (CMV) dar. Durch die CMV-Reaktivierung können vielfältige und lebensbedrohliche CMV-Organinfektionen resultieren, u. a. der Blutbildung des übertragenen Knochenmarks, der Lungen, der Leber oder des zentralen Nervensystems. Nur ein sehr frühzeitiger Nachweis der Virusreplikation und damit schneller Therapiebeginn können lebensbedrohlichen  CMV-Organkomplikationen vorbeugen.

Im XplOit-Projekt sollen daher zum einen systembiologische Modelle von dynamischen, das heißt sich über die Zeit verändernden Variablen erstellt werden und zum anderen Modelle von klinischen Endpunkten. Die dynamischen Modelle sollen dabei insbesondere die Viruskinetik bei CMV, EBV und BKPyV simulieren sowie die Entwicklung der Blutbildung, des Immunstatus und des Chimärismus vorhersagen. Statistische Methoden und Machine-Learning-Verfahren werden eingesetzt, um Modelle zur Vorhersage der Graft-versus-Host-Erkrankung und des Auftretens von Rezidiven zu erstellen.

Zudem sollen, wie in der Grafik gezeigt, die Einzelmodelle verknüpft werden, um die Interaktionen zwischen den Modellen zu berücksichtigen und um möglichst prädiktive und umfassende Modelle zu erhalten.

 

Zudem sollen, wie in der Grafik gezeigt, die Einzelmodelle verknüpft werden, um die Interaktionen zwischen den Modellen zu berücksichtigen und um möglichst prädiktive und umfassende Modelle zu erhalten.