Regensburger Forscher: Künstliche Intelligenz als Turbo für die Krebsforschung

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Wissenschaftler der ostbayerischen Universität Regensburg wollen mithilfe künstlicher Intelligenz wertvolle Informationen aus Tumorgewebe gewinnen – und damit die Krebsforschung entscheidend vorantreiben.

Regensburg – Schon seit rund 20 Jahren können Forscher aus einer  Gewebeprobe bis zu 30.000 Genexpressionen messen, die Informationen über Tumore liefern. Dafür geht Gewebe zunächst durch den Mixer. Es entsteht ein Gemisch, in dem die einzelnen Zellen aufgelöst sind. Forscher können dann bereits heute wichtige Daten entnehmen. Anhand der Untersuchungen versuchen die Wissenschaftler vorherzusagen, auf welche Medikamente ein Tumor ansprechen wird. Doch viele Informationen bleiben Medizinern heute ein Rätsel. Bioinformatiker an der Regensburger Universität wollen das jetzt ändern.

Sie wollen in ihrem Projekt künstliche Intelligenz entwickeln, die aus der so genannten „Tumor-Matsche“ wieder Eigenschaften der ursprünglichen Gewebe rekonstruiert  – und der Krebsforschung damit etwa zehn Jahre Zeit spart. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert das drei Jahre laufende Projekt mit rund einer halben Million Euro.
Bei ihren Analysen des aufgelösten Tumorgewebes stehen Wissenschaftler heute oft vor einer extrem schwierigen Herausforderung: Da unterschiedlichste Zellen (wie Tumor-, Bindegewebs- und Immunzellen) in dem Gewebe sind, lässt sich so oft nicht sagen, von welchen Zellen die gemessenen Werte stammen. Das macht die Vorhersagen schwieriger. Wenn ein Gewebe zum Beispiel die Information enthält, dass Gene für Zellteilung hochreguliert sind, stellt sich die Frage, woher dieses Signal kommt. Kommt es aus den Tumorzellen, so wächst der Tumor. Kommt das Signal aber aus den Immunzellen, so bekämpft das Immunsystem den Tumor. Bisher konnten diese gegenteilig prognostischen Informationen nicht auseinander gehalten werden.
Inzwischen können Messungen für einzelne Zellen gemacht werden. Das bringt viel genauere Einblicke. So können die Wissenschaftler zum Beispiel erkennen, ob die Immunzellen den Tumor erkannt haben, ob sie darauf reagieren oder ob sie vielleicht sogar das Gegenteil machen und den Tumor schützen. Der Nachteil dieser Methode ist aber, dass sie noch so jung ist. Von den so untersuchten Fällen, weiß man heute noch nicht, wie sich die Krankheiten entwickeln werden. Das muss man abwarten. Zu den Untersuchungen an zermixtem Gewebe gibt es nach Worten der Regensburger Bioinformatiker hingegen gute Datengrundlagen.
Deshalb wollen die ostbayerischen Forscher nun eine Methode entwickeln, um Informationen etwa zu Immunzellen auch aus den alten Messdaten der Gewebe zu erhalten. Denn die Signale sind auch in dem Gewebe vorhanden, das durch den Mixer ging. Sie sind nur überdeckt. Wie man sie wieder freilegt, wollen die Wissenschaftler nun untersuchen. „Wir wollen mithilfe von künstlicher Intelligenz lernen, wie man an den alten Daten nachträglich errechnen kann, was in den einzelnen Zellen enthalten war“, sagt der Bioinformatiker, Professor Dr. Rainer Spang. Dafür füttern die Wissenschaftler den von ihnen entwickelten „TissueResolver“ zunächst mit Lern-Datensätzen. Hier werden alte Messdaten vom Gewebe mit Daten einzelner Zellen des gleichen Gewebes verglichen. „Daran lernen wir, wie man aus der Summe wieder auf die Einzelteile rückschließen kann“, erklärt Professor Spang. „Das funktioniert, weil künstliche Intelligenz subtile Unterschiede in den zelltypspezifischen Korrelationen zwischen Messwerten aufspüren und so zurückschließen kann, ob ein Signal etwa aus einer Tumorzelle oder einer Immunzelle kam.“
Die Daten, die so entstehen, seien zwar nicht so detailliert, wie die Messdaten an einzelnen Zellen. Doch bis die großen Datenmengen bei der Einzel-Zell-Messung mit dem Ansprechen einer Therapie verglichen werden können, werden noch den Worten des Biochemikers einige Jahre vergehen. „Wir wollen mit dem TissueResolver eine Überbrückung schaffen. Unser Ziel ist es, zehn Jahre schneller an diese Ergebnisse zu kommen“, sagt der Regensburger Wissenschaftler.

Gewebe mit Tumorzellen: Regensburger Wissenschaftler wollen einen Weg entwickeln, wie sich darin enthaltene Informationen besser auswerten lassen. Foto: obx-news/Universität Regensburg/Prof. Dr. Wolfram Klapper

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