Simulationen am Computer könnten zum besseren Verständnis von Krankheiten führen

Rote Blutkörperchen

Jülich - Die Anziehungskraft, die rote Blutkörperchen aufeinander ausüben, ist winzig klein. Laut einer Forschergruppe aus Instituten in Deutschland und den USA hat sie dennoch einen Einfluss auf den Strömungswiderstand des Blutes. Wie die Computersimulationen der Forscher zeigen, ziehen sich die Blutkörperchen stark genug an, um kurz aneinander kleben zu bleiben statt einfach weiter zu gleiten. In Zukunft wollen die Wissenschaftler krankhafte Veränderungen im Blut modellieren und so das Verständnis von Krankheitssymptomen verbessern.

Die Anziehungskraft zwischen den roten Blutkörperchen beträgt nur drei bis sieben Pico-Newton (10hoch-12 Newton). Ein Newton entspricht der Gewichtskraft, die ein Gegenstand von rund hundert Gramm auf Niveau des Meeresspiegels erfährt. Die Kräfte, die zwischen den Bestandteilen des Blutes herrschen, sind so gering, dass sich ihre Effekte im Experiment kaum bestimmen lassen. "Deshalb haben wir die Eigenschaften von Blut im Computer nachgebaut. So können wir virtuelle Experimente durchführen, die in der Praxis gar nicht möglich wären", erklärt Gerhard Gompper, Direktor am Institute of Complex Systems des Forschungszentrums Jülich. Er führte die Untersuchungen mit Wissenschaftlern der Brown University in Rhode Island und des Pacific Northwest National Laboratory in Washington durch. Die nötige Rechenleistung für ihre Simulationen erreichten sie mit Supercomputern wie dem Jülicher JUROPA.

In ihren Modellen beobachteten die Wissenschaftler, wie die Anziehungskräfte dazu beitragen, dass die Blutkörperchen aneinander kleben bleiben. Damit erhöht sich der Strömungswiderstand des Blutes und seine Fließfähigkeit nimmt leicht ab. "Wir haben unsere Daten mit Daten aus Experimenten abgeglichen, soweit es sie gibt, und wissen deshalb, dass unsere Modelle gut funktionieren", erklärt Gompper. Die Forscher verwendeten dazu sowohl einfache Modelle, welche die Form der Teilchen simulieren, als auch kompliziertere, die auch das Verhalten der Zellmembran berücksichtigen.

Bei gesunden Menschen fließt das Blut trotz des Verhaltens der Blutkörperchen schnell genug, doch bei krankhaften Veränderungen ist dieser Faktor womöglich von Bedeutung. Als nächstes will die Gruppe deshalb Auswirkungen von Krankheiten wie Diabetes in ihren Simulationen abbilden. Bei Diabetes können die roten Blutkörperchen ihre Form nicht mehr so stark verändern wie im gesunden Zustand, was die Durchblutung im Körper des Patienten merklich verschlechtert.