Interview

„Ingenieure werden die Medizin verändern“

Sein Spezialgebiet ist eigentlich die Bautechnik. Doch aktuell forscht Prof. Bernhard Schrefler daran, Krebspatienten bessere Heilungschancen zu ermöglichen. Im Interview erläutert der Wissenschaftler, was menschliches Gewebe und Beton gemeinsam haben und warum Ingenieure schon bald im Operationssaal arbeiten werden.

Text Tino Scholz  Fotos Dirk Bruniecki

Professor Schrefler, Sie sagen, das Gewebe des menschlichen Körpers sei zu vergleichen mit Beton. Was meinen Sie damit?

Beim Beton wie beim Gewebe handelt es sich um poröse Strukturen – also um einen Festkörper mit Poren, in denen sich Gase und Flüssigkeiten bewegen. Das bedeutet: Man kann bestimmte Grundmodelle vom einen auf das andere Material übertragen. Lediglich die jeweiligen Austauschprozesse ändern sich.

 

Wie kommt man auf solch eine Übertragung?

Indem man über den Tellerrand der eigenen Disziplin blickt. Die Amerikaner nennen dies „Out-of-the-box-thinking”. 2010, als ich in Austin/Texas an der Universität arbeitete, zeigten mir Kollegen der medizinischen Fakultät ein neues Modell für Prostatatumore. Da habe ich gesagt: Die Gleichungen eures Modells löse ich seit 20 Jahren.

 

Was ging Ihnen in diesem Moment durch den Kopf?

Heureka! Das ist es! Sofort wusste ich, dass mich mein Weg ab jetzt auch in die Medizin führen würde. Kurz darauf fuhr ich nach Houston und habe mich dem Leiter des Houston Methodist Research Institutes vorgestellt – und ihm versprochen, seine Forschung zu verbessern. Er hat mir geglaubt und mich angeheuert.

Seitdem erforschen Sie, inwieweit sich das Verhalten von fließenden Stoffen in der Physik auf das Fließverhalten von Wirkstoffen in der Krebsbekämpfung übertragen lässt.

Entscheidend für eine erfolgreiche Therapie ist unter anderem, dass die Medikamente genau dort ankommen, wo sie wirken sollen. In meinem Projekt arbeite ich eng mit Professor Wolfgang Wall vom Lehrstuhl für Numerische Mechanik der Technischen Universität München zusammen. Der Kollege erstellt aktuell ein Modell, um die Strömungen in Blutgefäßen, die Biodistribution, präziser als bisher vorhersagen zu können. Mithilfe eines solchen Generalmodells kann dann berechnet werden, wie ein Wirkstoff sich im Körper verteilt.

 

Und dieses Grundmodell wird dann mit Ihren Ergebnissen verknüpft?

Genau, da kommt dann sozusagen der Beton dazu. Dessen Fließverhalten kennen wir sehr gut. Wir versuchen so zu simulieren, wie viel von einem Wirkstoff tatsächlich am Ende bei einem Tumor ankommt und wie viel beispielsweise durch das Immunsystem oder im Nahbereich des Tumors durch Diffusion verloren geht. Das ist der Schritt, der Maschinenbaumechanik und Medizin verbindet – ein Schritt in die Zukunft.

 

Sie werden in wenigen Monaten ihren 75. Geburtstag feiern. Was macht für Sie den Reiz aus, mit Grundlagenforschung Neuland zu betreten – in einem Alter, in dem die meisten Menschen sich längst zur Ruhe gesetzt haben.

Gerade weil ich älter werde, freut es mich sehr, wenn ich etwas im Sinne der Menschen vorantreiben kann. Abgesehen davon ist es immer noch etwas Tolles, ein Anwendungsgebiet so zu erforschen, wie es vorher nicht möglich war.

 

Sie forschen eigentlich an der Universität von Padua in Italien, sind aber aktuell auch an der TU in München. Den Aufenthalt im Rahmen der Hans Fischer Senior Fellowship ermöglicht Ihnen die TÜV SÜD Stiftung. Was bedeutet Ihnen dieser Gastaufenthalt?

Die Förderung durch die TÜV SÜD Stiftung gibt mir die Freiheit, weiterforschen zu können. Wie ich sagte: Man muss über den eigenen Tellerrand sehen, neue, junge Menschen kennenlernen, neue Einflüsse haben – das bietet mir diese Fellowship. Außerdem kann ich vielen interessanten und wichtigen Kongressen beiwohnen. Alle diese Sachen machen es einfacher für mich und unterstützen mich sehr. Ich genieße es, pro Jahr drei Monate in München zu sein. Der Austausch bringt die Kollegen hier sicherlich genauso voran wie meine Universität in Italien.

Fotos: Dirk Bruniecki

ZUR PERSON

Neugier, Kurioses, verstehen wollen, wie bestimmte Aspekte der Natur funktionieren – das ist es, was Prof. Bernhard Schrefler antreibt. Schrefler wurde vor 74 Jahren in Südtirol geboren und spricht einwandfrei Deutsch, da er bis zum Abitur deutsche Schulen in Bozen besucht hat. In seiner langen Karriere hat er sich vor allem dem Fließverhalten von physikalischen Stoffen gewidmet, im Speziellen von Beton. 

Schrefler ist seit 2014 emeritierter Professor der Universität von Padua/Italien (Fakultät für Ingenieurwissenschaften) und seit 2012 ständiger Wissenschaftler am Houston Methodist Hospital Research Institute, wo er schwerpunktmäßig seine Krebsforschungen vorantreibt. „In ein neues Fachgebiet eindringen zu können, noch einmal etwas zu tun, das dem Mitmenschen direkt nützlich sein kann, das ist noch mal etwas Besonderes“, sagt der Professor.

An welchem Punkt Ihrer Forschung stehen Sie momentan?

Das theoretische Modell ist abgeschlossen. Jetzt müssen wir es mit Blick auf das Zusammenwirken mit den Medikamenten anwenden, um Aussagen über die tatsächliche Wirksamkeit zur Bekämpfung von Krebs geben zu können.

 

Worauf arbeiten Sie hin?

Am Ende soll ein patientenspezifisches Modell stehen. Das heißt, eine auf den Patienten zugeschnittene Therapie, die ihm bestmöglich hilft.

 

Was unterscheidet Ihre Vorgehensweise von der klassischen medizinischen Forschung?

Die Medizin ist noch sehr experimentell orientiert, das heißt, man schaut in der Regel, wie eine Therapie anschlägt. Wenn sie nicht wie geplant funktioniert, muss umgestellt werden. Bei diesem Vorgehen vergeht aber viel Zeit – die die Patienten nicht immer haben. Unser Computermodell kann künftig Parameter schnell abändern und schneller neu berechnen, als es in einem Labor möglich wäre.

 

Ihr Ziel ist es, die Menge des Wirkstoffs, der ankommt, von 0,1 auf 1 Prozent zu steigern. Geht bei diesem Transfer wirklich so viel verloren?

Leider ja. Da wäre eine Steigerung auf ein Prozent ein großer Erfolg. Um das zu erreichen, wollen wir unser Modell mit dem Einsatz von Nanoteilchen koppeln. Das Problem aktuell ist: Die Wirkstoffe einer Chemotherapie verteilen sich überall im Körper. Nanopartikel würden nicht so weit streuen, da sie viel direkter zum Tumor strömen und dadurch eine höhere Konzentration an Wirkstoffen abgeben können. Es geht dabei auch um die Lebensqualität von Krebspatienten. Ein Beispiel: Es gibt Erfahrungen dazu von Anwendungen bei Kindern, die keine Haare verlieren und weiter in den Kindergarten gehen können.

 

Kann man bereits nachweisen oder ausrechnen, um wie viel Prozent die Genesung des Patienten durch Ihr Modell wahrscheinlicher wird?

Nein, dafür ist es noch zu früh. Wir können ausrechnen, wie viel Wirkstoff zum Tumor gelangt und wie das Mittel wirkt. Mit unserem Modell hat man, mithilfe eines guten Computers, innerhalb einer halben Stunde bis Stunde die richtige Medikation.

 

Wann kann Ihr Modell breitflächig angewendet werden?

Es wird bereits in speziellen Forschungszentren angewendet. Doch bis zur breiten Verfügbarkeit wird noch Zeit vergehen, das wird sicherlich Jahre dauern.

 

Werden dann Ingenieure auch im Operationssaal stehen?

Sie spielen damit wahrscheinlich auf eine Aussage von mir an, mit der ich etwas plakativer zeigen möchte, wie sehr wir die Medizin schon jetzt unterstützen können. Auf einem Kongress in Kalifornien habe ich dazu kürzlich ein interessantes Beispiel erlebt: Vier Kardiologen sollten anhand eines Problems bei einem Patienten sagen, wie sie operativ vorgehen würden. Zu den Empfehlungen gab es eine Computersimulation von Ingenieuren, die ausrechnete, dass sich der Zustand in zwei Fällen verschlechtert hätte, in einem Fall wäre er gleich geblieben.

 

Und nur ein Kardiologe hätte dem Patienten helfen können?

Genau. Daher hoffe ich, dass schon bald computergestützte Modelle das Ergebnis einer Operation voraussagen können. Dies passiert auf Basis der Arbeit von Ingenieuren. Ich denke, dass man sagen kann: Ingenieure sind in der Lage, die Medizin zu verändern. Das wäre revolutionär.


Wie das Erdöl, so das Blut

Neben dem Übertragungsmodell von Prof. Bernhard Schrefler gibt es zwischen der Industrie und der Medizin noch weitere Parallelen, die der Forschung dienlich sein könnten. Zum Beispiel bei der Blutzirkulation. Gefäße sind wie Rohre. In Houston/Texas gibt es beispielsweise jedes Jahr einen internationalen Kongress, zu dem Ingenieure aus dem Bereich Erdöl/Chemie und Medizin zusammenkommen. Er heißt „Pumps and Pipes“. Also Pipes wie Pipelines und Pumps, weil das Blut oder auch Erdöl gepumpt wird.

So sind es grundsätzlich wieder dieselben physikalischen Gleichungen, die für den Fluss des Erdöls durch die Pipelines und für den Blutfluss durch die Gefäße gelten. Durch diese Übertragung lassen sich zum Beispiel möglicherweise Rückschlüsse auf Kalk­ab­lagerungen ziehen, die ein Problem darstellen. Das kann helfen, besser zu verstehen, warum das passiert und wie es verhindert werden kann.

„Diese interdisziplinären Überträge sind sehr wichtig“, sagt Prof. Schrefler. „Der Mensch forscht schon lange an der Bekämpfung von Krebs, die Erfolge könnten größer sein. Daher ist es wichtig, dass wir diese Verbindung verstärken. Physik, Mathematik und Evolutionsbiologie gehören zu den wissenschaftlichen Disziplinen, die der Krebsforschung neue Perspektiven und therapeutische Ansätze geben.“