Wie unterschiedlich reagieren verschiedenartige Krebszellen auf die Wirkung von Medikamenten? Eine neue Methode aus Zürich ermöglicht nun Vorhersagen über den Effekt auf einzelne Zellen. (Bild: Adobe Stock)

Die Wirkung von Medikamenten auf einzelne Zellen wird prognostizierbar

Forschende der ETH Zürich, der Universität Zürich und des Universitätsspitals Zürich haben mit maschinellem Lernen eine innovative Methode entwickelt. Ihr Ansatz kann vorhersagen, wie einzelne Zellen auf bestimmte Behandlungen reagieren. Er ermöglicht damit genauere Diagnosen und Therapien.

Auslöser für eine Krebserkrankung sind Veränderungen der Zellen im Körper, die zur Wucherung krankmachender Tumorzellen führen. Um die Medikamente, die für eine Behandlung in Frage kommen, möglichst wirksam zu dosieren und miteinander zu kombinieren, ist es ein Vorteil, wenn Mediziner:innen sozusagen in den Körper hineinsehen und darin erkennen können, welche Wirkung die Medikamente auf die einzelnen Zellen haben.

Ein interdisziplinäres Forschungsteam aus Biomediziner:innen und Informatiker:innen der ETH Zürich, der Universität Zürich und des Universitätsspitals Zürich hat nun einen Ansatz des maschinellen Lernens entwickelt, mit dem sich solche Zellveränderungen und medikamentösen Wirkungen viel genauer und differenzierter als bisher modellieren und vorhersagen lassen.

Die individuelle Reaktionsweise einer Zelle verstehen

Zur Bekämpfung von Krebs ist ein genaues Verständnis, wie einzelne Zellen auf ein Medikament reagieren, entscheidend: schliesslich soll ein Medikament möglichst alle Tumorzellen zerstören – und auch nur diese. Wenn die Wirkung eines Medikaments jedoch bloss als statistischer Mittelwert einer grösseren Zellpopulation bekannt ist, dann könnte eine Analyse der medikamentösen Wirkung durchaus auch «übersehen», dass einzelne Tumorzellen aufgrund ihrer individuellen Beschaffenheit oder erworbener Resistenzen vom Medikament doch nicht zerstört werden – und der Krebs wuchert weiter.

Der neue Ansatz der Zürcher Forschenden berücksichtigt, dass die einzelnen Zellen einer Population sehr unterschiedlich auf ein Medikament reagieren können. Die individuelle Reaktionsweise der verschiedenen Zellen zu kennen, ist ein Schlüssel zu neuen, wirksameren Krebs-​Behandlungen:

«Die Vielfalt in einer Zellpopulation hat einen grossen Einfluss darauf, wie empfindlich oder resistent Zellen auf Störungen reagieren. Anstatt sich auf Durchschnittswerte einer ganzen Zellpopulation zu stützen, kann unsere Methode genau beschreiben und sogar vorhersagen, wie die einzelnen Zellen auf eine Störung, wie zum Beispiel durch einen Wirkstoff, reagieren», erklärt Gunnar Rätsch, Professor für Biomedizininformatik an der ETH Zürich und am Universitätsspital Zürich.

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