Systemmedizin am DZNE

Die Gesamtheit im Blick

Die Systemmedizin ist ein integrativer Ansatz, der Biologie, Medizin, Datenwissenschaften und Biotechnologie zusammenführt und mathematische Modellierung zur Untersuchung der komplexen Wechselwirkungen in Systemen verwendet. Sie begreift Erkrankungen als komplexe Geschehnisse und betrachtet sie in ihrer Gesamtheit. Es geht um den Blick auf das große Ganze und um die Frage, wie Krankheitsmechanismen miteinander zusammenhängen.

Die Systemmedizin am DZNE zielt darauf ab, ganzheitliche Ansätze zu entwickeln, um neue Erkenntnisse über Krankheiten, wie z. B. Alzheimer, Parkinson oder Amyotrophe Lateralsklerorse (ALS) zu gewinnen. Um dieses Ziel zu erreichen, nutzen wir Daten aus Hochdurchsatzverfahren und kombinieren sie mit Erkenntnissen aus klinischen und bevölkerungsbezogenen Studien sowie der Grundlagenforschung. Ein solches Unterfangen erfordert starke Teamarbeit zwischen vielen Disziplinen, zu denen nicht nur die Lebens- und Medizinwissenschaften, sondern auch die Computer- und Datenwissenschaften gehören. 

Zusätzlich zu den herausragenden Forschungsarbeiten über neurodegenerative Erkrankungen will die Systemmedizin am DZNE komplementäre Ansätze — hauptsächlich datengetrieben — bereitstellen. Sie werden eine ganzheitlichere Sicht auf die komplexen molekularen Mechanismen ermöglichen, die bei neurodegenerativen Erkrankungen, aber auch bei anderen chronischen Erkrankungen unserer alternden Bevölkerung, eine Rolle spielen.

Da die biomedizinische Forschung immer stärker datengetrieben wird, wird die Systemmedizin wichtige Instrumente und Ansätze beisteuern, um ein besseres Verständnis neurodegenerativer Krankheiten zu fördern.  Darüber hinaus wird sie neue Behandlungsstrategien durch neue Anwendungen in der Arzneimittelentdeckung oder bei der Neuverwendung von Medikamenten unterstützen.

Der Forschungsbereich Systemmedizin besteht zunächst aus diesen Bereichen:

Biotechnologie und Biomedizin

Die Zelle ist die biologische Einheit des Lebens. Das Verständnis der molekularen Mechanismen jeder einzelnen Zelle trägt zum Verständnis des Lebens, aber auch der Entstehung und des Fortschreitens von Krankheiten bei. Im letzten Jahrzehnt sind Technologien zur umfassenden Messung molekularer Phänotypen von Tausenden von Zellen Wirklichkeit geworden. Wir nennen diesen Ansatz das "molekulare Mikroskop", eine Sammlung von Technologien, die eine Beurteilung von Dutzenden bis Tausenden von Zellparametern in Tausenden von Einzelzellen gleichzeitig ermöglicht.

Der Bereich Biotechnologie und Biomedizin in der Systemmedizin wird Spitzentechnologien entwickeln, etablieren und den Wissenschaftlern am DZNE zur Verfügung stellen. Dazu gehören Einzelzell-OMICs und andere Hochdurchsatz-Einzelzelltechnologien wie die Mehrfarben-Durchflusszytometrie.

Präzisionsmedizin

In Zukunft könnte die Medizin auf molekulare und andere Daten zurückgreifen, die zur Beschreibung der bei Krankheiten beobachteten molekularen Veränderungen generiert werden. Das Gesamtziel besteht darin, präzise Entscheidungen auf der Grundlage ausreichend großer Daten zu treffen, die von jedem einzelnen Patienten stammen. Das Konzept der Präzisionsmedizin ermöglicht es dann, die üblichen "Einheitsbehandlungen" zu überwinden und die großen molekularen Daten und andere Informationen zu nutzen, um Medikamente und Behandlungen für Untergruppen von Patienten zu entwickeln.

Neue Entwicklungen in den Computerwissenschaften einschließlich künstlicher Intelligenz (KI) und maschinellen Lernens (ML) sind wichtige Instrumente, um diese Ziele der Präzisionsmedizin zu erreichen. In der Systemmedizin wollen wir diese Ansätze für die Identifizierung von krankheitsassoziierten Mustern nutzen, die von molekularen Phänotypen abgeleitet sind, die auf der Einzelzellebene etabliert wurden.

Mit anderen Worten: Wir wollen mit Hilfe der Informationen aus Tausenden von Einzelzellen in Kombination mit künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen neue datengesteuerte Ansätze entwickeln, um die Krankheit für jeden Patienten individuell genau zu definieren. Dies ist das, was wir als Präzisionsmedizin bezeichnen. 

Informations- und Datenwissenschaft

Die Generierung, Extraktion und Analyse von Daten ist für die Systemmedizin von entscheidender Bedeutung. In diesem Bereich werden wir die rechnerischen Grundlagen für die Präzisionsmedizin entwickeln. Dazu gehören in erster Linie die KI, ML und die Entwicklung statistischer Methoden. Aber am DZNE hören wir hier nicht auf. Wir investieren ebenso in die Forschung zur Entwicklung revolutionierender Computerarchitekturen wie Memory-Driven Computing oder KI-Methoden wie Swarm Learning. Diese ermöglichen es uns, Lösungen aus den Informations- und Datenwissenschaften auf die medizinische Forschung und klinische Anwendungen zuzuschneiden.

Prof. Dr. Joachim Schultze
Direktor für Systemmedizin
Leiter PRECISE

Info-Hotline

Donnerstags 13.30-16.30 Uhr

Für Patienten 0800-7799001

(kostenlos)

Für Ärzte 01803-779900

(9 Cent/Min. dt. Festnetz, mobil evtl. teurer)

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