Datenanalyse, Methoden und Modellierung in den Life Sciences
Ein zunehmend wichtiger Aspekt der ZIH-Forschung in diesem Bereich ist die Entwicklung von Algorithmen für die Modellierung biologischer Prozesse in Zellen, Geweben und Organen. Folgen diese komplexen, kooperativen Prozesse etablierten "Regeln", wächst der Organismus, entwickelt sich und bleibt gesund. Sind diese Prozesse jedoch gestört oder folgen nicht dem erwarteten Muster, kann der Organismus erkranken oder sterben. Das Verständnis der kollektiven Phänomene dieser Systeme kann Hinweise für die Prävention und Behandlung von Krankheiten liefern.
Der Schwerpunkt der Forschung am ZIH liegt auf der Modellierung der dynamischen biologischen Prozesse. Die Modellierung solcher "zellulären Automaten" bildet eine wichtige und anspruchsvolle Schnittstelle zwischen angewandter Mathematik und Biologie. Die Grundlage für diese Modelle bilden umfangreichen Daten und Mikroskopiebilder aus Laborexperimenten mit Mikroorganismen, Zellkulturen und in vivo Gewebestrukturen sowie aus der klinischen Behandlung von Patienten.
Für die Entwicklung genauer Modellierungsalgorithmen zur Unterstützung biologischer Studien ist ein interdisziplinäres Vorgehen im Miteinander von Mathematik, Physik und Informatik erforderlich. Dazu arbeitet das ZIH-Team seit Jahren eng mit Forschern der Dresdner Max-Planck-Institute für Physik komplexer Systeme sowie für Molekulare Zellbiologie und Genetik und weiterer Institute in Dresden und darüber hinaus zusammen.
Aktuelle Schwerpunktthemen und Projekte
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Standardisierung des Austauschs von multizellulären Modellen in der Systemmedizin (MulticellML) [mehr]
- Modellierung des Gallenflusses (DYNAFLOW) [mehr]
- Systemmedizin der Leber (LiSyM) [mehr]
- Kollektive Bewegung und Schwarmbildung [mehr]
- Stochastische Prozesse, interagierende Zellsysteme und zelluläre Automaten [mehr]
- Tumorentwicklung [mehr]
- Endozytose und Systembiologie [mehr]
- Räumlich-zeitliche Strukturbildung in Zellen und Geweben [mehr]
- Regeneration [mehr]
- Morphogenese des Knochen [mehr]
Projekte mit einem Fokus auf Methodenentwicklung
- Morpheus – Software-Infrastruktur für multiskalige Modellierung und Simulation von mehrzelligen biologischen Systemen
- FitMultiCell – Integrierte Plattform für die datengetriebene Modellierung von multizellulären Prozessen
- LEUP – The Least micro Environmental Uncertainty Principle
- EMUNE – Invertierbare Neuronale Netze für ein verbessertes Verständnis von Infektionskrankheiten
Projekte mit einem Fokus auf Anwendungen in den Life Sciences:
- DEEP-HCC / LiSyM-Krebs – Detaillierte Analyse der räumlichen Organisation der Entstehung des hepatozellulären Karzinoms
- MiEDGE – Modellierung des Verhaltens von Glioblastomazellen am Tumorrand zur Vorhersage eines Frührezidives
- subLETHAL - From understanding to rational design of next-generation cancer therapies (EU)