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Eine von Prof. Dr. Uta Dahmen koordinierte Forschungsgruppe will das Zusammenspiel von Durchblutung und Funktion der Leber und die räumliche Verteilung der verschiedenen Stoffwechselfunktionen des Organs erforschen. (Bild: Michael Szabó/UKJ)

Neues Modell soll individuelle Funktionsprognose der Leber vor OPs ermöglichen

By Universitätsklinikum Jena
October 09, 2020

Jena – Eine neue Forschungsgruppe plant die Entwicklung eines Modells, das die Durchblutung und Funktion der Leber mit großer räumlicher Auflösung in gesundem und krankem Zustand quantifizieren kann. Das Modell soll perspektivisch bei der Planung großer Operationen eingesetzt werden, um die verbleibende Leberfunktion und den Regenerationsverlauf zu prognostizieren. Die Forschungsgruppe wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert und durch das Universitätsklinikum Jena koordiniert.

Es ist das klassische chirurgische Dilemma: Der Tumor soll mit ausreichendem Sicherheitsabstand entfernt werden, das verbleibende Organ aber seine lebenswichtige Funktion weiterhin behalten. Wegen ihrer großen Regenerationsfähigkeit sind die Chancen bei der Leber dafür besser als bei vielen anderen Organen. Trotzdem birgt die Entfernung großer Organbereiche, insbesondere bei bestehenden Lebererkrankungen, ein hohes Risiko für das Versagen des Organs. Bei der Abschätzung dieses Risikos wird die Leber als nahezu homogenes Gebilde angenommen.

„Das ist sie natürlich nicht. Für eine individuelle OP-Planung und Funktionsprognose müssen wir mehr wissen über das Zusammenspiel von Durchblutung und Funktion der Leber und über die räumliche Verteilung der verschiedenen Stoffwechselfunktionen des Organs“, so Prof. Dr. Uta Dahmen, Oberärztin und Leiterin der Arbeitsgruppe Experimentelle Transplantationschirurgie am Universitätsklinikum Jena.

In einem aufeinander aufbauenden Arbeitsprogramm will die Forschungsgruppe ein Modell entwickeln, das die Durchblutung und die Funktion der Leber mit großer räumlicher Auflösung in gesundem und krankem Zustand quantifizieren kann. Dazu verbindet sie Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit Expertise in Chirurgie und Hepatologie, Bildgebung, Bioinformatik und Datenwissenschaften von sechs Forschungsinstitutionen in Deutschland. Drei der insgesamt acht Teilprojekte werden am Universitätsklinikum und der Friedrich-Schiller-Universität Jena bearbeitet.

„Langfristig möchten wir mit diesem systemmedizinischen Ansatz für die Leberchirurgie [...] umfassende Informationen für eine fundierte gemeinsame Therapieentscheidung zur Verfügung stellen“
– Prof. Dr. Uta Dahmen, Universitätsklinikum Jena

Dahmen und ihre Arbeitsgruppe untersuchen im Tiermodell, wie die Gewebedurchblutung und die Abbaufunktion von Arzneimitteln auf der Ebene der Leberlappen voneinander abhängig und verteilt sind. Dazu nutzen sie lebergesunde Ratten und Tiere mit einer Fettlebererkrankung. Die Bildgebungsspezialisten der Arbeitsgruppe Medizinphysik werden räumlich und zeitlich hochaufgelöste MRT-Bilddaten von der Funktion, der Durchblutung und der Fettverteilung in den Tierlebern beisteuern. Die Arbeitsgruppe der Bioinformatik wird alle in der Leber produzierten Proteine nach der Operation und in der Regenerationsphase erfassen, um so Aussagen zur Leberfunktion zu gewinnen.

Die Forschungsgruppe wird somit Daten auf der Ebene der einzelnen Leberzelle bis hin zum gesamten Organ und Organismus erfassen. Zusammen mit den Ergebnissen aus vorangegangenen Kooperationen der Partner fließen diese in die mehrstufigen Auswertungs- und Simulationsprozesse ein, die verschiedene Modellierungsgruppen bearbeiten. An deren Ende soll ein robustes digitales Modell der Flüsse und Funktionen in der Leber stehen.

Perspektivisch wollen die Forscherinnen und Forscher ihr Modell noch um weitere patientenspezifische Informationen zu Begleiterkrankungen erweitern, so dass es eine individualisierte OP-Planung und Prognose für den Heilungsverlauf ermöglicht. „Langfristig möchten wir mit diesem systemmedizinischen Ansatz für die Leberchirurgie dem behandelnden Arzt und dem Patienten umfassende Informationen für eine fundierte gemeinsame Therapieentscheidung zur Verfügung stellen“, beschrieb Dahmen die Zielstellung des Projektes.

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