AG Röder: Medizinische Systembiologie und Biometrie

Die Forschungsfelder der Arbeitsgruppe umfassen Themen aus den Bereichen Systembiologie - Systemmedizin - mathematische Modellierung, Biometrie - medizinische Statistik, sowie Datenintegration und Studienplanung. Eine wichtige Motivation der wissenschaftlichen Tätigkeit ist der Anspruch, Grundlagenforschung und klinische Anwendung eng miteinander zu verknüpfen. Dies führt zu einem hohen Grad an Interdisziplinarität, der sich in den verschiedenen Forschungsfeldern der Arbeitsgruppe widerspiegelt. Das übergreifende Thema der wissenschaftlichen Tätigkeiten der Arbeitsgruppe ist die Nutzung theoretischer Methoden und mathematischer Modellierungsansätze im Rahmen einer optimierten Planung und Auswertung experimenteller und klinischer Studien ("model-basierte medizinische Forschung").

Forschungsschwerpunkte

Systembiologie, Systemmedizin, mathematische Modellierung

Dieser Forschungsschwerpunkt beschäftigt sich mit der Entwicklung und Anwendung mathematischer Modelle für verschiedene Bereiche der Lebenswissenschaften. Neben grundlagenbiologischen Anwendungsfeldern (z.B. Klonale Kompetition auf der Ebene von Stammzellen, Stammzell-Nischen Interaktionen, Zellmigration) stehen auch Themen mit einem unmittelbaren medizinisch/klinischen Bezug (z.B. Krankheits- und Therapiemodelle für verschiedene Leukämien und andere Tumorerkrankungen) im Fokus dieses Forschungsschwerpunktes. Unser Ziel ist es, durch analytische Betrachtungen und/oder Computersimulation (u.a. "digital twins"), Mechanismen, welche dynamischen physiologischen und pathophysiologischen Prozessen zugrunde liegen, besser zu verstehen, vorherzusagen und damit die klinische Entscheidung-Unterstützung zu unterstützen.

Medizinische Biometrie und Bioinformatik

Im Mittelpunkt dieses Schwerpunktes steht die Entwicklung und Anwendung von innovativen Methoden zur Datenanalyse, inklusive der Bereiche experimentelles Design und Studienplanung. Neben Methoden der „klassischen“ Biometrie / Statistik beschäftigen wir uns auch mit verschiedenen Verfahren des Maschinellen Lernens und der Bioinformatik, wie z.B. der integrativen Analyse molekularer Hochdurchsatzdaten und der Analyse von Bilddaten.
Der wissenschaftliche Fokus wird ergänzt durch Dienstleistungen, welche im Rahmen von Projekt-Beratungen und Weiterbildungsangeboten in den Bereichen Biometrie und Bioinformatik angeboten werden.

Weitere Themenfelder

Moderne diagnostische Verfahren und/oder Messmethoden liefern immer umfangreichere Daten (z.B. individuelle genomische Profile, multimodale Bilddaten, etc.). Um die darin enthaltenen Informationen für eine effizientere Diagnostik und/oder zur Entwicklung verbesserter therapeutischer Verfahren nutzbar zu machen, bedarf es einer Vielzahl von Schritten. Neben der Datensicherheit, stehen hierbei auch Fragen der effizienten Datenspeicherung, der Datenverarbeitung und der Integration verschiedener Datentypen im Zentrum derzeitiger Forschungsaktivitäten. In unserer Arbeitsgruppe beschäftigen wir uns speziell mit der Konzeption von Entscheidungsunterstützungssystemen. Ziel unserer Arbeiten ist es Anwender:innen dabei zu unterstützen, quantitative Informationen aus (klinischen) Studien zu extrahieren, gezielt und effizient zu analysieren und die daraus gewonnenen Erkenntnisse wieder in neuen (klinischen) Studien zu prüfen oder die Erkentnisse im Kontext medizinischer/klinischer Entscheidungsfindung zu nutzten.

Darüber hinaus beschäftigt sich die Arbeitsgruppe auch mit dem Einsatz moderner Medien im Bereich der Lehre, speziell in der methodischen Ausbildung (z.B. im Fach medizinischen Biometrie). Resulate dieser Arbeiten sind u.a. auch im Bereich Medienpool zu finden.

Projekte

laufende Projekte (alphabethisch geordnet):

DMA/NCT — Verschiedene Projekte in den Bereichen Datenintegration, bioinformatische Datenanalyse und Modell-bsiertes Design klinischer Studieninnerhalb der Core Unit für Daten Management und Analyse (NCT/DKFZ)
Mathemetische Modellierung der Chronischen Myeloischen Leukämie (CML)
Mathematische Modellierung infektionsepidemiologischer Phänomene
- Modellierung von Antibiotika-/Antiinfektiva-Resistenzen (ABR/AIR)
- Modellierung der Gesamtkrankheitslast bei Erkältungserkrankungen
Mathematische Modellierung der räumlichen Organisation hämatopoetischer Stammzellen
Statistische Modellierung und biometrische Methoden
trialGPT - ein Assistenzsystem für das Design klinischer Studien

abgeschlossene Projekte (Auswahl):

Analyse von Zellmigrationsmustern im Zebrafish-Embryo (TU Dresden, Haushalt)
CHOICE — Characterization of the osteo-hematopoietic niche during malignant evolution (DKTK)
Control-T — Mathematische Modellierung von Homeostase und Onkogenese in reifen T-Zellen (DFG, Forschergruppe FOR1961)
Entwicklung und Produktion einer online-Vorlesung im Bereich Medizinischen Biometrie in Kooperation mit dem Medienzentrum der TUD (e-Lecture 2.0) (Medizinischen Fakultät der TUD, MedDrive-Lehre)
ERANET-PLL — Analyse (epi)genetischer und metabolischer Netzwerke im Rahmen der Diagnose und Beandlung der T-Zell prolymphocytischen Leukämie (BMBF, EU - Era-Net / TRANSCAN-2)
HaematoOPT — Modell-basierte Optimierung und Individualisierung von Behandlungsstrategien in der Hämatologie (BMBF, e:Med Demonstratoren)
Mathematische Modellierung von Stammzell-Nischen-Interaktionen (TU Dresden)
Machine Learning-basierte Tumourklassifkation anhand von Massenspektrometrie-Daten (TU Dresden, NCT)
MEDiC —Modellstudiengang Medizin (Bund, Freistaat Sachsen)
Netzwerk-basierte Identifikation von Kandidatengeen im Oligodendrogliom (TU Dresden, NCT)
prediCt — Mathematische Modellierung von TKI-Effekten und Immunantworten zur Vorhersage patientenspezifischer Behandlungsdynamiken in der CML (BMBF, EU - ERACoSysMed)
Statistische Modelierung früher Engraftment-Kinetiken nach Stammzelltransplantation in der AML (TU Dresden)
SyTASC — Systembasierte Therapie von AML-Stammzellen (Deutsche Krebshilfe e.V.)