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Wann und warum fällt im Körper die biologische Entscheidung zwischen Gesundheit und Erkrankung? Welche Kriterien sorgen dafür, dass identische Therapien bei verschiedenen Patient:innen unterschiedlich erfolgreich sind? Um die hierbei zugrunde liegenden physiologischen Vorgänge aufzuklären, bedarf es analytischer Verfahren, die gleichzeitig Informationen verschiedener Molekülklassen wie etwa Proteine, Lipide und Metabolite (Stoffwechselprodukte) erfassen. Die technologische Basis dafür liefert die 4D-Analytik. Diese bezeichnet die quantitative und qualitative Analyse biologischer Systeme und die zeit- sowie ortsaufgelöste Bestimmung von (Bio-)Molekülen. Mittels 4D-Analytik wollen Forschende am ISAS zu unterschiedlichen Zeitpunkten die Mengen und Arten verschiedener Substanzen wie etwa Proteine oder Lipide sowie deren Ort gleichzeitig innerhalb einer Probe bestimmen. Dafür kombinieren die Wissenschaftler:innen in den drei Forschungsprogrammen interdisziplinär ihre Ergebnisse und methodischen Entwicklungen, um aus jeder Probe ein Maximum an Infos zu gewinnen.
»Vierdimensionale« Analysemethoden für die Präzisionsmedizin
Konkret bedeutet dies: Die Forschenden möchten etwa bei Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Autoimmunerkrankungen oder Krebs nicht nur mithilfe der Massenspektrometrie verstehen, was auf der Ebene der Proteine, Lipide oder
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Metabolite passiert, sondern beispielsweise anhand verschiedener Mikroskopie-Verfahren bestimmen, wo genau sich die verschiedenen Moleküle in welchem Umfang in einer einzigen Zelle angesammelt haben. Bildlich gesprochen: Es geht darum, mittels 4D-Analytik das ganze Bild einer Erkrankung aus unterschiedlichen Perspektiven zu betrachten – und nicht nur einen Ausschnitt. Um die in den simultanen Analyseverfahren gewonnenen neuen Datentypen auswerten zu können, arbeiten Forschende am ISAS dafür an Strategien und Programmen unter dem Einsatz Künstlicher Intelligenz.
Langfristig sollen die am ISAS entwickelten »vierdimensionalen« Analysemethoden für die Präzisionsmedizin medizinischem Personal ermöglichen, Erkrankungen so früh wie möglich und gezielt zu diagnostizieren. Außerdem sollen sie diese dabei unterstützen, die individuell für jeden Menschen am besten geeigneten Maßnahmen für die Prävention oder Therapie (mit den geringsten Nebenwirkungen) auszuwählen.