Die virtuelle Leber

eine Initiative des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF)

Die Leber ist das zentrale Organ des Stoffwechsels. Sie produziert Gallensäure, speichert Zucker und Vitamine, sie entgiftet den Körper und hat die Fähigkeit sich fast vollständig zu regenerieren. Hepatozyten, auch Leberzellen genannt, nehmen ca. 90 Prozent des Lebervolumens ein und sind der wichtigste Zelltyp der Leber. Kein anderer Zelltyp exprimiert so viele Genen und kodiert derart viele Enzyme wie die Leberzellen.

Mit der Initiative HepatoSys hat das Ministerium für Bildung und Forschung (BMBF) den Aufbau eines interdisziplinären Kompetenznetzwerks gefördert, das mit der Untersuchung verschiedener physiologischer Vorgänge in der Leberzelle quantitative Modelle von Funktionen der Hepatozyten sowie deren Wechselwirkungen mit anderen Zellen entwickelt hat. HepatoSys war das erste europäische Systembiologieprogramm, das sich mit der Untersuchung humaner Zellen befasst hat. Die Auswahl des Modellsystems Leber, mit Fokus auf den Hepatozyten, erfolgte aufgrund der zentralen Funktion im Organismus höherer Lebewesen und der daraus resultierenden Relevanz für Applikationen in den Bereichen Medizin und Pharmaforschung. Das langfristige Ziel ist die virtuelle Leberzelle, mit der physiologische Prozesse in silico nachgestellt werden können, um beispielsweise die Wirkungsweise von Pharmaka vorherzusagen oder neue Therapien zu entwickeln.

HepatoSys wurde 2004 gestartet und lief bis Dezember 2009 mit einem Fördervolumen von insgesamt 36 Millionen Euro. Gegenstand der Untersuchungen sind die Prozesse der Detoxifizierung, der Regeneration, der Endozytose sowie des Eisenstoffwechsels. In den  zentralen Plattformen wurden standardisiertes Zellmaterial sowie gemeinsame Technologien für das gesamte Kompetenznetz entwickelt. Der Fokus lag dabei auf der Entwicklung von Computermodellen verschiedener Prozesse des Leberstoffwechsels auf Zellebene.

Basierend auf den Erkenntnissen aus HepatoSys I+II (1. und 2. Förderrunde) soll nun mit der neuen Fördermaßnahme „Die virtuelle Leber“ der systembiologische Forschungsansatz von der Zellebene auf die nächsthöhere Komplexitätsebene gehoben werden. Dazu sollen zunächst alle entwickelten Modelle auf Zellebene zu einem integrierten Modell zusammengeführt werden. Dieses Modell wird anschließend auf neue Organisationsebenen angepasst, um mit Computermodellen von „virtuellem Gewebe“ Vorhersagen von Schlüsselfunktionen und Prozessabläufen machen zu können, die auf physiologische und pathophysiologische Prozesse der Leber gerichtet sind. Im Rahmen dieser Maßnahme werden 70 Arbeitsgruppen mit einem Gesamtvolumen von 43 Millionen Euro für fünf Jahre gefördert.

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