Multiskalenanalyse und integrative Modellierung
Die Forschung dieser Arbeitsgruppe fokussiert auf die Multiskalenanalyse von experimentellen Daten und die integrative Modellierung physiologischer Prozesse von der zellulären Ebene beginnend bis hin zum ganzen Menschen. Ziel ist ein erweitertes Verständnis dynamischer physiologischer Prozesse, insbesondere bezüglich deren Stabilität und homeostatischen Kompensationen in Richtung einer möglichen Überschreitung von Kipp-Punkten. Dies soll helfen, pathophysiologische Prozesse zu verstehen und zu erkennen, um den Ausbruch von Erkrankungen zu vermeiden bzw. zu verzögern oder frühzeitig in Therapien einsteigen zu können.
In diesem Kontext untersuchen wir mit experimentellen Kooperationspartner:innen beispielsweise die Wirkungen von bioaktiven Peptiden, insbesondere antihypertensiv wirksame Peptide. Analog steht der extrazellulären Adenin-Nukleotid- und Nukleosid-Stoffwechsel und dessen Einfluss auf die Kalzifizierung von Gefäßen im Fokus. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Analyse und Modellierung der Zellmigration als stochastischer, anomaler Prozess [Dieterich2008, Dieterich2022]. Zudem untersuchen wir, wie Zell-Zell-Interaktionen in konfluenten Endothelzellen die Einzelzelldynamik verändern und kollektive Bewegungen generieren.
Wir entwickeln mathematische Modelle, häufig in Form von gewöhnlichen und stochastischen Differentialgleichungen. Zur Simulation erstellen wir Programme auf Basis von python. Daneben nutzen wir lichtmikroskopische Verfahren zur Analyse der Zellmigration sowie selbst entwickelte Software zum Tracking der Zellbewegungen. Der konsequente Einsatz der Bayesschen Datenanalyse realisiert die analytische Klammer zur Integration experimenteller Ergebnisse. Diese erlaubt sowohl die Schätzung von Modellparametern als auch die Modellselektion. Zur Konstruktion von geeigneten Modellen setzen wir zunehmen Methoden des machine learning ein.
Unsere AG ist vernetzt mit verschiedenen Gruppen auf dem Campus der Hochschulmedizin Dresden und der TU Dresden sowie mit weiteren nationalen und internationalen Partnern (siehe Kooperationen).
Key Publications
- Dieterich P, Lindemann O, Moskopp ML, Tauzin S, Huttenlocher A, Klages R, Chechkin A, Schwab A. Asymmetric anomalous diffusion in neutrophil chemotaxis. PLoS Computational Biology 18(5), e1010089/1-26 (2022).
- Dieterich P, Klages R, Preuss R, Schwab A. Anomalous dynamics of cell migration. Proc Natl Acad Sci USA V105(2):459-63 (2008).