Konsortialpartner in der Sonderausgabe von Cell Systems

Prof. Dr. Ursula Klingmüller und Prof. Dr. Julio Saez-Rodriguez sowie sein Mitarbeiter Dr. Ricardo O. Ramirez Flores wurden anlässlich des 10-jährigen Jubiläums der Sonderausgabe der Fachzeitschrift Cell Systems als „Voices“ interviewt.

Die Frage an die Voices:

„Welche derzeit noch unbeantwortbaren Fragen hoffen Sie, dass Systemansätze in den nächsten zehn Jahren beantworten können?“

Antwort von Prof. Klingmüller:

"Krankheiten besiegen, indem man die Komplexität der Kommunikation zwischen Organen entwirrt"

Die Aufrechterhaltung der Gesundheit sowie die Prävention von Erkrankungen werden durch ein hochkomplexes Netzwerk biologischer Wechselwirkungen bestimmt, die auf unterschiedlichen Ebenen der Organisation stattfinden und verschiedene Organsysteme einbeziehen. Umweltfaktoren wie Luftverschmutzung und Ernährungsgewohnheiten sowie genetische Prädispositionen beeinflussen diese Interaktionen in unterschiedlichem Ausmaß und führen zu ausgeprägter interindividueller Heterogenität sowie zu schwer vorhersagbaren Krankheitsverläufen. Um dieser Komplexität adäquat zu begegnen, sind die integrative Erhebung klinischer Daten und qualitativ hochwertiger Patientenproben aus verschiedenen medizinischen Fachdisziplinen, Fortschritte in quantitativen Hochdurchsatztechnologien, sowie die Erstellung phänotypischer Reaktionsprofile erforderlich. Darüber hinaus ist die Kombination KI-basierter Methoden mit mechanistischen mathematischen Modellen von zentraler Bedeutung. Diese Entwicklungen ermöglichen gemeinsam die Etablierung von Biomarker-Panels zur modellbasierten Bewertung individueller Risiken für die Krankheitsentwicklung. Da Erkrankungen dynamische Prozesse darstellen, die sich häufig über mehrere Jahre hinweg entwickeln, ist die Einbeziehung longitudinaler Patientendaten essenziell, um die zugrunde liegenden Mechanismen des dynamischen Krankheitsverlaufs zu verstehen. Hierfür sind die standardisierte Erhebung, Verarbeitung und der Austausch klinischer und molekularer Daten über mehrere Ebenen hinweg sowie die Anwendung verschiedener Modellierungsstrategien zur Entwicklung sogenannter digitaler Zwillinge erforderlich. Solche integrativen Modellierungsansätze sind von zentraler Bedeutung, um durch präzisere klinische Studien Kosten zu reduzieren und klinische Entscheidungsunterstützungssysteme zu entwickeln, die Ärztinnen und Ärzte bei der Bereitstellung einer optimierten Patientenversorgung unterstützen.

Antwort von Dr. Ricardo O. Ramirez Flores und Prof. Dr. Julio Saez-Rodriguez:

"Auf dem Weg zu dynamischen Gesamtgewebemodellen"

Die Systembiologie hat sich parallel zu technologischen Fortschritten weiterentwickelt, insbesondere durch die Integration zunehmend umfangreicher und vielfältiger Informationen aus unterschiedlichen Modalitäten. Mit Blick auf die Zukunft erwarten wir, dass räumlich und zeitlich aufgelöste Einzelzell- sowie multimodale Omics-Profilierungen über verschiedene Organe und physiologische Kontexte hinweg verfügbar werden. Eine zentrale Frage wird dann sein, ob es gelingt, dynamische Modelle ganzer Gewebe zu konstruieren, die explizit erfassen, wie Zellen ihr Verhalten als Teil eines kollektiven Systems koordinieren – vermittelt durch interzelluläre und intrazelluläre Signal- und Regulationsprozesse. Solche Modelle würden unterschiedliche Skalen miteinander verbinden und zellintrinsische Beschreibungen mit der zellulären Koordination auf Gewebeebene zusammenführen. Auf diese Weise könnten systembiologische Ansätze die Untersuchung der molekularen Prozesse ermöglichen, die der Koordination in multizellulären Systemen zugrunde liegen, und aufzeigen, wie Krankheiten oder andere Störungen diese Prozesse beeinflussen. Um dies zu erreichen, erwarten wir die Entwicklung multimodaler Modellierungsrahmen, die der multizellulären Natur von Geweben explizit Rechnung tragen und zugleich durch vorhandenes Wissen über molekulare und zelluläre Interaktionen eingeschränkt werden. Solche dynamischen Gesamtgewebedarstellungen könnten dazu beitragen zu beschreiben, wie sich Gewebe umstrukturieren und welche molekularen oder zellulären Faktoren mit diesen Veränderungen verbunden sind.

Lesen Sie hier mehr über die anderen Voices:

https://www.cell.com/cell-systems/fulltext/S2405-4712(26)00022-0