Virtuelles Blut ermöglicht individuelle Gesundheitsprognosen

Forscher der University of Pennsylvania arbeiten an der virtuellen Nachbildung von Blut, um zukünftig die Wirkung von Medikamenten besser abschätzen und zukünftige Gesundheitsprobleme vorhersagen zu können. Dabei erfolgt die Simulation patientenspezifisch und soll die gezieltere Bekämpfung von Gefäßproblemen ermöglichen.

Blutplättchen-Analyse als Schlüssel

Eine tragende Rolle kommt dabei den Blutplättchen zu, die je nach Person individuell auf verschiedene Umstände reagieren. „Sie sind wie Computer, denn sie nehmen viele Signale auf und treffen komplexe Entscheidungen“, so Scott Diamond vom Institut für Technik und Angewandte Wissenschaft.

„Wir waren daran interessiert zu lernen, ob wir genug ausreichend viele Messungen durchführen könnten, um im Labor die kleinen Unterschiede zwischen jedem von uns feststellen zu können“ Dazu verwendete man schließlich Blutproben und testete diese auf die Kalziumausschüttung der Plättchen mithilfe von Robotern.

Bei Verletzungen der Haut oder der Gefäße erhöhen die Blutplättchen ihr Kalziumlevel, was zur Ausschüttung der Stoffe Adenosindiphosphat und Thromboxan führt, die den Kalziumgehalt weiter steigern. Er aktiviert die Plättchen und lässt sie zur Bedeckung von Wunden aneinander haften. Ein Prozess, der auch als Hämostase bezeichnet wird und als Basis für die Abheilung der Verletzung sowie zum Schutze vor Blutverlust dient. Die Forscher untersuchten das unterschiedliche Verhältnis der Stoffe, die bei den verschiedenen Proben nötig war, um zur Verklumpung zu führen.

Simulation arbeitet präzise

Auf Basis eines Neuralnetzwerk-Modells erprobte man schließlich die Simulation der Gerinnungseigenschaften des Blutes einzelner Probanden. Das System ist dabei in der Lage, in begrenztem Raum das Verhalten einzelner Plättchen bei laufendem Blutfluss zu errechnen. Weitere Testläufe mit den Blutproben unter verschiedenen Bedingungen bestätigten, dass die Voraussage mit hoher Genauigkeit funktioniert.

Die Forscher konnten dabei sogar einen Patienten identifizieren, der aufgrund einer seltenen, genetischen Mutation immun gegen Aspirin war. Sie fanden heraus, dass das bekannte Mittel keine gerinnungshemmende Wirkung auf ihn hat und konnten ihren Fund im Nachhinein mit einer DNA-Analyse bestätigen.

An der Universität wird nun an der Erweiterung des Verfahrens gearbeitet. Die individuelle Blutsimulation soll in Zukunft die Voraussage von spezifischen Gefäßproblemen und anderen, klinischen Risiken möglich machen. Ebenso möchte man damit die Wirkung von Medikamenten noch vor ihrer Verabreichung erproben und Krankheiten besser erforschen können. Zudem soll die Erfindung auch den Bau besserer biomedizinischer Geräte erlauben.