Modellgestützte Behandlung von Schilddrüsenerkrankungen

Kurzbeschreibung

Das Projekt beschäftigt sich mit mathematischen Modellen des Schilddrüsen-Regelkreises, deren Simulation, Validierung und Vergleich zueinander. Es beschränkt sich im Hinblick auf Erkrankungen auf Modelle für Schilddrüsenunterfunktion mit dem Ziel die Dauer bis zur Festlegung der Medikation zu verringern. Die Anzahl der Erkrankungen der Schilddrüse und des hormonellen Systems ist in den letzten Jahren zunehmend. Das Projekt wird im Zuge einer Kooperation der TUW und MUW durchgeführt, wobei die Daten einer retrospektiven Studie, durchgeführt an der endokrinologischen Abteilung des AKH Wien, zur Validierung und Evaluierung der Aussagekräftigkeit der mathematischen Modelle verwendet werden. 

Problemstellung

Die Schilddrüse nimmt durch ihren Einfluss auf Hypothalamus und Hypophyse eine wichtige Rolle in der Regulierung des operativen Hormonsystems ein. Intensive Studien des gegenseitigen Einflusses von Schilddrüse, Hypophyse und Hypothalamus zeigen ein individuelles Gleichgewicht der ausgeschütteten Hormone. Dieses individuelle Gleichgewicht hat zur Folge, dass die Einstellung der richtigen Dosis von Medikamenten zur Behandlung diverser Schilddrüsenerkrankung mehrere Termine bei Fachärzt_innen über einen längeren Zeitraum in Anspruch nimmt. In der Schwangerschaft wird dieser Prozess darüber hinaus durch die körpereigene Produktion des Hormons hCG erschwert, das die Schilddrüse zusätzlich zur Produktion von Hormonen anregt. Die Verwendung von mathematischen Modellen soll die Handhabung dieser medizinischen Fragestellung unterstützen, um die Therapie effektiver gestalten zu können.

Überblick über Projektvorhaben und Forschungsfragen

Das Projekt wird in enger Zusammenarbeit mit der endokrinologischen Ambulanz des AKH Wien durchgeführt, welche Daten im Zuge einer retrospektiven Studie zu Schilddrüsenerkrankungen erhebt und diesem Projekt für den Validierungsprozess der mathematischen Modelle zur Verfügung stellt.

Das langfristige Ziel ist die Bereitstellung eines mathematischen Modells, das Aussagen über das individuelle Hormongleichgewicht von Patient_innen auf Basis bisheriger Messdaten bereitstellt, um die Dauer bis zur Festlegung der benötigten Dosierung zu verkürzen. Das Design eines solchen Modells stützt sich auf zwei unterschiedliche, grundlegende Vorgehensweisen.

Auf Basis eines zeitlosen Modells, das für hormonelle Gleichgewicht lediglich die Entwicklung der Werte des Hormons TSH, ausgeschüttet von der Hypophyse, und des Schilddrüsenhormons FT4 miteinbezieht, sollen durch Validierung dieses Modells mit Patient_innendaten mehr Informationen über das individuelle Gleichgewicht gewonnen werden. Das zeitlose Modell wurde bereits mit einem kleinen Datensatz validiert, durch die bestehende Kooperation mit der endokrinologischen Ambulanz des AKH Wien und der daraus resultierende Zugang zu mehr Daten von Personen, die unter Hypothyreose leiden, kann die Qualität und Aussagekraft des Modells detaillierter evaluiert werden.

Die Messdaten, zu Terminen über einen längeren Zeitraum aufgezeichnet, bieten die Möglichkeit, den Wissenstand über die Entwicklung des hormonellen Gleichgewichts auf zeitbehaftete Modelle zu erweitern. Durch Validierung zeitabhängiger Modelle und der Evaluierung der Ergebnisse im Vergleich zu den bereits erwähnten zeitlosen Modellen kann die Zeitabhängigkeit der Entwicklung von Hormonwerten ab dem Zeitpunkt der Diagnose, beziehungsweise dem Hinweis auf Hypothyreose inklusive der verabreichten Medikation berücksichtigt werden. Ein zeitabhängiges Modell bietet außerdem die Möglichkeit die Entwicklung des Hormons hCG und dessen Einfluss auf den Schilddrüsen-Regelkreis zu analysieren, da diese Konzentration abhängig von der Schwangerschaftswoche ist. Die folgende Abbildung zeigt eine schematische Darstellung der Komponenten des mathematischen Modells und deren gegenseitigen Einfluss.

Im Projekt mit einbezogene Komponenten des Schilddrüsen-Regelkreises

© Corinna Modiz

Im Projekt mit einbezogene Komponenten des Schilddrüsen-Regelkreises