Immunologie - Überbrückung von Theorie und Praxis
Das Immunsystem ist von Natur aus ein komplexes System, das viele verschiedene Zellen und Moleküle umfasst. Diese molekularen und zellulären Wechselwirkungen bestimmen das mögliche Ergebnis der Immunantworten. So könnte der Einsatz von mathematischen und computergestützten Modellierung in der Immunologie sich als äußerst nützlich erweisen, um Immunreaktionen zu verstehen und vorherzusagen. Damit ein mathematisches Modell erfolgreich sein kann, muss es die in vivo-Situation rekapitulieren. Dazu müssen die tatsächlichen experimentellen Befunde einbezogen werden und das erfordert eine enge Zusammenarbeit zwischen Mathematikern mit experimentellen Immunologen. Die EU-geförderte Initiative "International network in theoretical immunology" (INTI) zielte darauf ab, die Entwicklung eines solchen mathematischen Modells durch die Zusammenführung theoretischer und experimenteller Immunologen in einem Netzwerk zu unterstützen. Dies würde die Zusammenarbeit zwischen Wissenschaftlern erleichtern, um mathematische Modellierungsansätze voranzutreiben und den Wissensaustausch zwischen diesen beiden sich ergänzenden Fachrichtungen zu stützen. Vom wissenschaftlichen Standpunkt aus gesehen, umfasste der Umfang des Netzes eine Vielzahl von Immunsystemverfahren wie Antigenerkennung, T-Zellaktivierung und T-Zelldifferenzierung. Verschiedene Modelle wurden formuliert, um die Antigen-Erkennung und T-Zell-Rezeptor-Liganden-Wechselwirkungen zu erklären. Um Immunantworten gegen Selbstantigene zu vermeiden, muss die Wechselwirkung zwischen Rezeptor und Ligand sehr spezifisch und empfindlich sein. Diese Information wurde bei der Gestaltung von Modellen berücksichtigt, die die Affinitätshypothese erklären. Darüber hinaus erzeugte das Netzwerk mathematische Modelle, die die feine Balance zwischen Lymphozyten-Proliferation und Tod, einem Schlüsselprozess für die Homöostase der T-Zellpopulationen, erklären können. Außerdem wurden große Anstrengungen in Modelle gesteckt, die das Schicksal der Lymphozytenproliferation und der Differenzierung entweder in Effektor- oder Speicherzellen erklären können. Ein theoretisches Modell könnte dazu beitragen, dass wir sowohl die genetische Programmierungskomponente als auch den Einfluss der extrazellulären molekularen Umgebung auf die Wechselwirkungen zwischen Zellen, die solchen Schicksalsentscheidungen zugrunde liegen, verstehen. In Bezug auf die Zell-zu-Zell-Interaktionen half Zeitraffer-Mikroskopie bei der Visualisierung des Prozesses für eine begrenzte Zeit. Mathematische Modellierung half bei der Vorhersage der Interaktion über längere Zeiträume, insbesondere bei Antigen-präsentierenden Zellen und T-Zellen. Dem INTI-Netzwerk ist es gelungen, experimentelle und theoretische Immunologen zusammenzubringen, um neue mathematische Modelle für die Untersuchung der Immunologie zu entwickeln. Auf lange Sicht könnte diese Zusammenarbeit zur Errichtung von großen Modellen des Immunsystems führen.
Schlüsselbegriffe
Immunsystem, mathematisches Modell, Netzwerk, experimentell, antigen, T-Zell-Rezeptor, Ligand, Lymphozyten
