Das Virtuelle Leber-Netzwerk (VLN) arbeitete von 2010 bis zum März dieses Jahres als interdisziplinärer Zusammenschluss von rd. 70 Expertengruppen aus ganz Deutschland.

Sie beschäftigten sich mit grundlegenden Mechanismen und Prozessen in der Leber. Das oberste Ziel und zugleich die größte Herausforderung für die Forscher lag in der Umsetzung ihrer Daten in virtuelle mathematische Modelle. Dabei ging es vor allem darum, die unterschiedlichen Skalen der räumlichen und zeitlichen Organisation der Prozesse in der Leber abzubilden und zu verknüpfen. „Wir haben es hier mit riesigen Spannweiten zu tun“, erläutert Prof. Dr. Rolf Gebhardt, Allgemeine Biochemie an der Medizinischen Fakultät der Universität Leipzig, einer der führenden experimentellen Hepatologen Deutschlands.

„Zum Beispiel die räumliche Skala: Das fängt bei submolekularen und subzellulären Strukturen an und hört bei der gesamten Leber auf. Wenn man diese Dimensionen lediglich zusammen in ein Modell wirft, gibt es massive Rundungsfehler, weil die kleinsten Teile der Zellen für das große Organ mathematisch fast nicht relevant sind. Biologisch sind sie dagegen ganz entscheidend. Die Verbindung war einer der wichtigsten Ansätze des VLN.“ Die erstellten Computermodelle haben eine Zoomfunktion, mit der man in Sekundenschnelle von der Außenansicht der Leber bis in die Zellen blicken kann.

Fettleber – ein Massenphänomen

Für die komplexen Vorgängen in der Leber wählten die Wissenschaftler drei Phänomene aus, die sie am Ende jeweils in ein Modell umwandeln konnten: Die Leberregeneration nach Schädigungen durch Schnitte, die Aufgabe der Leberzellen bei der Abwehr von Entzündungen und schließlich die Entwicklung von einer Fettleber zum Leberkrebs, mit der sich Gebhardt vornehmlich befasste. Bei einer Fettleber, einer sog. Lebersteatose, handelt es sich um größere Ansammlungen von Fett in der Leber. Ein Viertel der Bevölkerung ist davon betroffen. Die Steatose – normalerweise ein gutartiges Phänomen – kann eine Entzündungsreaktion auslösen, die mit hoher Wahrscheinlichkeit zu einer Zirrhose (krankhafte Veränderung des Lebergewebes) und anschließend zu Leberkrebs führt.

Neuer Ansatzspunkt identifiziert

Diesen Prozess zu unterbrechen, einen Punkt zu finden, an dem eingegriffen werden kann, war das Ziel. Er fand ihn im sog. Hedgehog-Signalweg, der das embryonale Zellwachstum steuert. Wie Gebhardt und sein Team im Rahmen des VLN entdeckten, ist der Hedgehog-Signalweg auch entscheidend an der Regulation des Stoffwechsels beteiligt. Wenn der Signalweg in der Leber unterbrochen wird, verändert sich der Rhythmus der Zellabläufe, es entsteht eine Fettleber. „Er ist ein Zahnrad, das die Rhythmik der Zellarbeit mit der Steatose und dem Stoffwechsel verbindet“, erklärt Gebhardt. „Das war ein überraschender Befund unserer Forschung, das hat man vorher nicht gewusst. Diese Erkenntnisse stoßen ganz neue Türen auf.“ Als Nächstes müssen die Ergebnisse in klinischen Studien weiterverarbeitet und auf den Menschen übertragen werden.

Das Virtuelle Leber-Netzwerk

Initiiert und gefördert wurde das Virtuelle Leber-Netzwerk vom Bundesministerium für Bildung und Forschung. Der Gesamtetat lag bei etwas über 45 Mio. €. Neben der Gebhardt-Arbeitsgruppe waren aus Leipzig noch Arbeitsgruppen aus dem Institut für Medizinische Physik und Biophysik und dem Interdisziplinären Zentrum für Bioinformatik beteiligt. Im März 2015 lief das Projekt aus. Ein Folgeprojekt ist geplant, das die Erkenntnisse für den Klinikalltag nutzbar machen soll. So wird sich auch Gebhardt noch länger mit den Ergebnissen des VLN beschäftigen und im Ruhestand, der im Oktober beginnt, einige weitere Fragen erforschen.