Systembiologischer Forschungsverbund "Virtual Liver"

Der systembiologische Ansatz hat die Entwicklung valider mathematischer Modelle zur Vorhersage physiologischer und patho­physiologischer Reaktionen eines biologischen Systems auf Störungen unter Berücksichtigung seiner gesamten Komplexität zum Ziel. Die im Rahmen der Untersuchungen gewonnenen Daten reprä­sentieren modulare Eigenschaften eines Gesamt­systems, die über entsprechende Modelle beschrieben, charak­terisiert und miteinander verknüpft werden. Die Erstellung der mathe­matischen Modelle erfolgt hierbei über einen iterativen Prozess, in welchem durch computer­gestützte Simu­la­tionen die Gültigkeit mathe­matischer Modelle und die aus ihnen abgeleiteten Vorhersagen anhand experimenteller Daten überprüft und weiterentwickelt werden.

Ein solcher systembiologischer Ansatz wurde zur Beschreibung des komplexen Regelwerks zwischen Ammonium und systemischer pH-Homöostase durch die Leber bereits angewendet, basierend auf der 1983 gemachten Entdeckung des inter­zellulären Glutamin­zyklus, der funktionellen und strukturellen Organisation des Ammoniak- und Glutamin­stoffwechsels im Leberazinus mit seinen pathobiologischen Konse­quenzen.

Die Klinik ist an dem durch das BMBF geförderten nationalen system­biologi­schen Forschungsverbund „Virtual Liver“ beteiligt. Das Gesamtziel dieses Verbundes ist ein möglichst vollständiges Modell der wich­tigsten Vorgänge der gesunden Leber und dem Einfluss von ausgewählten Störungen hierauf zu entwickeln.

Die Teilprojekte des Forschungsverbundes, an denen Wissenschaftler der Klinik beteiligt sind, befassen sich u.a. mit der Bedeutung der Aktivierung von Makro­phagen und ihrer Differenzierung für den Verlauf der Leber­regeneration nach partieller Hepatekto­mie sowie dem Einfluss von für die Leberregeneration wichtigen Mediatoren auf den Metabolismus des Hepatozyten. Auf Organebene werden schließlich mathematische Simulations­modelle im Rahmen der Leber-regeneration nach partieller Hepatektomie sowie des hepatischen Stickstoff­stoffwechsels entwickelt und der Einfluss von Entzündungs-prozessen hierauf analysiert.

Publikationen (Auswahl):

• Fellenz W, Häussinger D. Control of acid-base and ammonia homeostasis by the liver. WSEAS Transact Biol Med 2004;  2: 294-297
• Häussinger D, Schliess F. Glutamine metabolism and signaling in the liver. Front Biosci 2007; 12:371-391
• Schliess F, Toepfer S, Hoehme S, Brulport M, Böttger J, Guthke R, Hengstler J, Drasdo D, Pfaff M, Häussinger D, Gebhardt R, Zellmer S. Ammonia detoxification of the liver during regeneration: experiments, mathematical modelling and visualization. SBMC 2010, Freiburg