Dreidimensionale biologische Modellierung des Tumorwachstums sowie der Tumorkontrolle nach Strahlentherapie, Computersimulation von Tumoren, Verifikation des Modells anhand experimenteller und klinischer Daten

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Für die Optimierung der Strahlentherapie ist die Vorhersage der Tumorkontroll- und Nebenwirkungswahrscheinlichkeit bereits bei der Bestrahlungsplanung von großer Bedeutung. Hierzu wurden mathematische Modelle entwickelt, die eine quantitative Vorhersage unterstützen. Diese Modelle berücksichtigen allerdings nicht das komplexe systemische Wechselspiel zwischen Tumorwachstum, seiner Versorgung mit Sauerstoff und einer Hypoxie-induzierten Angionese im Tumor. Dies ist jedoch insbesondere für hypoxische Tumore von entscheidender Bedeutung. Das beantragte Forschungsvorhaben verfolgt daher einen grundsätzlich anderen Ansatz. Es wird die Strahlenreaktion des Tumors mit Hilfe von Monte-Carlo- Methoden auf der Basis einzelner Zellen simuliert. Dies erlaubt prinzipiell die Integration aller biologischen Eigenschaften der Tumorzellen. Insbesondere ermöglicht dieser Ansatz die Berücksichtigung von Sauerstoffversorgung und Angiogenese im Tumor. Darüber hinaus kann das Verhalten des Tumors als ganzes durch Simulationen auf zellulärer Ebene genauer verstanden werden. In Vorarbeiten wurde bereits ein solches Modell entwickelt und auf eine Reihe von Fragestellungen angewendet. Ziel des beantragten Projektes ist es, das Modell anhand von vorliegenden experimentellen Daten zur Tumorkontrollwahrscheinlichkeit zu validieren. Darüber hinaus soll das Simulationsmodell durch Einbeziehung morphologischer, funktioneller und molekularer Bilddatensätze um ein Patientenmodell erweitert werden, mit dem erstmalig auch die Simulation der Bestrahlungsreaktion klinischer Tumore möglich ist.