Mathematik

Das Modell der "Stress-Achse“: mit Mathematik komplexe biologische Systeme verstehen

Uschi Sorz | aus HEUREKA 1/11 vom 13.04.2011

Mathematik ist eine Querwissenschaft. Ihre Beziehung zu Physik oder Technik ist traditionell eng, nun stehen auch Biologie und Medizin im Fokus: Das Linzer RICAM (Johann Radon Institute of Computational and Applied Mathematics der Akademie der Wissenschaften) hat 2009 eine Arbeitsgruppe für mathematische Methoden in der System- und Molekularbiologie etabliert.

Angesiedelt hat sie sich am Campus Vienna Bio Center. "Hier nehmen wir mit den Biologen und Medizinern Kontakt auf und initiieren Kooperationen“, sagt Philipp Kügler, einer der Leiter der Gruppe. "In der Biologie gibt es enorme Datenmengen, und wir können die essenziellen Informationen herausfiltern.“ Sind diese einmal in einem Modell integriert, werden am Rechner Hypothesen aufgestellt und getestet. Das erspart nicht alle Experimente, aber doch einiges an Trial and Error im Labor. Ein großer Vorteil bei zeit- und ressourcenintensiven Prozessen, etwa in der Medikamentenentwicklung.

Kügler und der Chemiker Christoph Flamm von der Uni Wien haben ein WWTF-gefördertes zweijähriges Projekt geleitet, das sich mit der Regulierung von Cortisol durch die Hirnanhangsdrüse, einer für die Stressbewältigung wichtigen Funktion des endokrinen Systems, beschäftigt. Jetzt publizieren sie die Ergebnisse.

"Wir haben ein Modell der HPA-Achse erstellt“, erklärt Kügler den mathematischen Part. "Das ist die Hypothalamus-Hirnanhangsdrüsen-Nebennieren-Achse, die bei Stress aktiviert wird.“ Wird in nervenaufreibenden Situationen das Hormon Cortisol verstärkt ausgeschüttet, so geht es im Normalfall danach wieder auf ein normales Level zurück. "Aber bei Depressionen oder posttraumatischer Belastungsstörung funktioniert diese Rückkoppelung nicht.“ Die Simulation von Fragestellungen am Modell soll zur Verbesserung der Medikation bei dysfunktionalen Mechanismen beitragen. Besonders stolz ist der 35-jährige Biomathematiker, der an seiner Arbeit das Tüfteln liebt, dass er mit seinen Kollegen bestehende HPA-Modelle um den Aspekt des Hypercortisolismus erweitern konnte.

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