Die Universitätsmedizin Mainz und die Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) bilden den neuen interdisziplinären Forschungskern "Data-Independent Acquisition-based Systems Medicine: Mass spectrometry for high-throughput deep phenotyping of the heart failure syndrome" (DIASyM). Als Teil der Hightech-Strategie 2025 der Bundesregierung soll er mittels hochmoderner Massenspektrometrie neue Erkenntnisse für die Systemmedizin generieren. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert DIASyM in der drei Jahre dauernden ersten Projektphase mit einer Fördersumme von 6,8 Millionen Euro.
Unter der Federführung von Prof. Dr. Stefan Tenzer, Koordinator der massenspektrometrischen Technologie-Plattform und Methodenforschung im neuen Forschungskern DIASyM, und Prof. Dr. Philipp Wild, Klinische Epidemiologie und Systemmedizin der Universitätsmedizin Mainz, arbeiten die Mainzer Wissenschaftler daran, innovative Methoden und Analysewerkzeuge zu entwickeln, um die Gesundheitsforschung weiter vorantreiben zu können. Der Einsatz der Massenspektrometrie ermöglicht es, das Zusammenspiel krankheitsrelevanter Zellkomponenten besser zu verstehen. Die Systemmedizin nutzt diese molekularbiologischen Daten, um komplexe physiologische und pathologische Prozesse im menschlichen Körper in ihrer Gesamtheit besser verstehen. Ihre Erkenntnisse dienen als Grundlagen für frühzeitigere Diagnosen und präzisere, nebenwirkungsärmere Therapien im Rahmen einer personalisierten Medizin.
Aus technischer und wissenschaftlicher Sicht erwarten die Beteiligten durch den Einsatz neuester Technologien im Projekt bahnbrechende Erkenntnisse. "Bisher ist die Methodik der Massenspektrometrie in der medizinischen Diagnostik noch stark unterrepräsentiert und ihre Möglichkeiten sind bei Weitem nicht ausgeschöpft", so Prof. Dr. Stefan Tenzer. Dies liege vor allem daran, dass für die hochauflösenden Methoden standardisierte Abläufe fehlen und die bisherigen Gerätschaften oft nicht auf die Analyse großer Probenzahlen ausgerichtet seien. Insbesondere hinsichtlich der massenspektrometrischen Methoden zur Analyse von Eiweißkomponenten, Stoffwechselprodukten und Fettbestandteilen des Blutes wollen die Mainzer Wissenschaftler Verbesserungen erzielen.
In den ersten Jahren des Forschungsprogramms widmen sich die Forscher insbesondere einer Frage: Welche Mechanismen beeinflussen wie die Entstehung verschiedener Formen von Herzschwäche? Hintergrund dieses Schwerpunkts: In Europa leiden 15 Millionen Menschen an der Erkrankung Herzinsuffizienz. Diese ist die häufigste Ursache für Krankenhausaufenthalte bei Personen über 65 Jahren. Die Langzeit-Überlebenschancen sind meist gering. Zudem gibt es verschiedene Arten von Herzinsuffizienz, wobei einige Patienten auf bestimmte Behandlungsmethoden schlecht oder gar nicht ansprechen. Damit stellt die Erkrankung eine erhebliche Belastung für das Gesundheitswesen dar.
Methodisch gehen die Mainzer DIASyM-Wissenschaftler folgendermaßen vor: Sie erfassen massenspektrometrisch verschiedenste Blut-Parameter von Patienten mit Herzsuffizienz - gewonnen im Rahmen einer großen Beobachtungsstudie, und vergleichen diese mit den entsprechenden Daten von gesunden Menschen. Die so entstandenen riesigen Datenmengen werten die Forscher dann mit einem sogenannten systemmedizinischen Ansatz aus.
"Durch Nutzung eines systemorientierten Ansatzes können wir das Zusammenspiel der biologischen Prozesse besser verstehen und erklären. Dafür beziehen wir bei unseren Analysen mehrerer Datenebenen ein, wie beispielsweise genetische Faktoren oder Eiweiß- und Stoffwechselmuster im Blut. Zudem nutzen wir medizintechnische Daten und Informationen über den klinischen Gesundheitszustand", erläutert Prof. Dr. Philipp Wild, der die Systemmedizin im Forschungskern koordiniert. "All das zusammen bildet die Grundlage für die Entwicklung von neuen Diagnose-, Therapie- und Präventionsansätzen für die Erkrankung."
Im DIASyM-Forschungskern arbeiten Biologen, Informatiker, Bioinformatiker, Epidemiologen und Mediziner der Universitätsmedizin Mainz und der Johannes Gutenberg-Universität Mainz unter Nutzung modernster Methoden der künstlichen Intelligenz wie beispielsweise des tiefen oder probabilistischen maschinellen Lernens zusammen. Die Wissenschaftler erhoffen sich auf diese Weise bestimmte Stoffe, sogenannte Biomarker, zu identifizieren. Diese können Hinweise darauf geben, ob ein Patient gerade eine Herzinsuffizienz entwickelt und welche Form der Herzinsuffizienz vorliegt. Auf diese Weise können spezifische, möglicherweise sogar individualisierte Behandlungsmethoden entwickelt werden, die schon vergleichsweise früh im Krankheitsverlauf ansetzen.
Der DIASyM Forschungskern wird eines der ersten Forschungskonsortien in Mainz sein, das fächerübergreifend wissenschaftliche Arbeitsgruppen der Bereiche Medizin (Dr. Laura Bindila, Prof. Stefan Tenzer, Prof. Dr. Philipp Wild), Biologie (Prof. Dr. Miguel Andrade) und Informatik (Prof. Dr. Andreas Hildebrandt, Prof. Dr. Stefan Kramer) verbindet. Um die umfangreichen Zielsetzungen von DIASyM umzusetzen, wird der Forschungskern neue wissenschaftliche Mitarbeiter rekrutieren und zudem perspektivisch zwei Nachwuchsforschungsgruppen mit Professuren aufbauen. Neben dem Mainzer Konsortium fördert das BMBF deutschlandweit drei weitere massenspektrometrische Forschungskerne in Berlin, Heidelberg und München mit einem Gesamtvolumen von 25,6 Millionen Euro in der ersten Förderphase.
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