Gliederung Motivation biologische Grundlagen Immunzellen wichtige Prozesse Ablauf der Immunreaktion Modellierung Immunorgane Immunzellen Immunreaktion

Transkript

1 Diplomarbeit Ein Simulator für das Immunsystem Christin Seifert 1. März 2004

2 Gliederung Motivation biologische Grundlagen Immunzellen wichtige Prozesse Ablauf der Immunreaktion Modellierung Immunorgane Immunzellen Immunreaktion Auswertung

3 Motivation Ein Simulator für das Immunsystem Vorbild IS, biological intelligence Mustererkennung Robustheit Fehlertoleranz Lernen und Gedächtnis... Simulator Verstehen est Parameter

4 iologische Grundlagen - Zellen und indung Immunzellen sind weiße lutzellen Zusammenarbeit verschiedener Zellen -Zellen -Zellen Grundlage Aktivierung/eseitigung ist indung Rezeptoren auf Zelloberfläche Proteine indung abhängig von AS-Sequenz, 3D-Struktur, funktionalen Gruppen,...

5 iologische Grundlagen - Zellen und indung Immunzellen sind weiße lutzellen Zusammenarbeit verschiedener Zellen -Zellen -Zellen Grundlage Aktivierung/eseitigung ist indung Rezeptoren auf Zelloberfläche Proteine indung abhängig von AS-Sequenz, 3D-Struktur, funktionalen Gruppen,...

6 iologische Grundlagen - Prozesse ildung Rezeptoren immense Vielfalt ( 10 8 zu jedem Zeitpunkt) nicht direkt im Genom kodierbar Genumlagerungen kombinatorische Vielfalt junktionale Vielfalt zufällig

7 iologische Grundlagen - Prozesse ildung Rezeptoren immense Vielfalt ( 10 8 zu jedem Zeitpunkt) nicht direkt im Genom kodierbar Genumlagerungen kombinatorische Vielfalt junktionale Vielfalt zufällig? Angriff eigener Körper

8 iologische Grundlagen - Prozesse ildung Rezeptoren immense Vielfalt ( 10 8 zu jedem Zeitpunkt) nicht direkt im Genom kodierbar Genumlagerungen kombinatorische Vielfalt junktionale Vielfalt zufällig? Angriff eigener Körper negative Selektion (-Zellen) während Zellentwicklung Voraussetzung: im Knochenmark nur körpereigenes Material Zellen, die dieses binden können werden vernichtet

9 Zusammenfassung aktueller Stand: Zellarten ildung von Zellen indung

10 Zusammenfassung aktueller Stand: Zellarten ildung von Zellen indung weiter: Ablauf Immunreaktion Konzentration auf -Zellen

11 biologische Grundlagen - Immunreakion 1. Auslösen der Immunreaktion im Gewebe

12 biologische Grundlagen - Immunreakion 1. Auslösen der Immunreaktion im Gewebe 2. Aufbau der Immunabwehr in sekundären Lymphorganen

13 biologische Grundlagen - Immunreakion 1. Auslösen der Immunreaktion im Gewebe 2. Aufbau der Immunabwehr in sekundären Lymphorganen 3. Optimierung der Abwehr durch somatische Hypermutation

14 biologische Grundlagen - Immunreakion 1. Auslösen der Immunreaktion im Gewebe 2. Aufbau der Immunabwehr in sekundären Lymphorganen 3. Optimierung der Abwehr durch somatische Hypermutation 4. Produktion von Abwehrstoffen und Vernichtung der Erreger im Gewebe

15 biologische Grundlagen - Zusammenfassung Zellen:,, ildung der Rezeptoren zufällig negative Selektion um Selbstangriffe auszuschließen reife Zellen im Gewebe bei Erkennung Ag 1. Signal in sekundären Lymphorganen 2. Signal somatische Hypermutation zur Optimierung der Abwehr Produktion von Abwehrstoffen Vernichtung der Erreger

16 biologische Grundlagen - Zusammenfassung Zellen:,, ildung der Rezeptoren zufällig negative Selektion um Selbstangriffe auszuschließen reife Zellen im Gewebe bei Erkennung Ag 1. Signal in sekundären Lymphorganen 2. Signal somatische Hypermutation zur Optimierung der Abwehr Produktion von Abwehrstoffen Vernichtung der Erreger Fragen?

17 Modellierung und Implementierung OO Klassen als Modelle von Umgebungen Immunzellen Rezeptoren

18 Modellierung und Implementierung - Umgebungen CDiscrete3DSpace CCreateNDevEnv CReactEnvNissue CCreateEnv CDevEnv CReactEnv Cissue CCreateEnv = Knochenmark CDevEnv = hymus CReactEnv = Lymphknoten Cissue = Körpergewebe

19 Modellierung und Implementierung - Umgebungen alle Umgebungen besitzen run()-methode in der Simulator-Klasse, Methode runsimulation() void AIMS2 : : r u n S i m u l a t i o n ( ) { f o r ( i n t i = 0 ; i <NUM_SIM_CYCLES ; i + + ) { t h i s >m_createenv >run ( ) ; t h i s >m_devenv >run ( ) ; t h i s >m_reactenv >run ( ) ; t h i s >m_tissue >run ( ) ; t h i s >m _ s t a t s >run ( ) ; } t h i s >m _ s t a t s > p r i n t o D a t F i l e s ( ) ; }

20 Modellierung - Rezeptoren und indung Rezeptoren als itstrings Komplementaffinität l affinity(s1, s2) = s 1 s 2 Interaktion von Objekten abhängig von physischer Nachbarschaft yp von Objekten indungsstärke (Affinität) i=1

21 Modellierung und Implementierung - Objekte CLivingObject CAbObject CAgObject CImmuneCell C CCell CCell Immunzellen besitzen Status

22 Modellierung - Immunreaktion CCreateEnv createcells( ) isselfag state == IMMAURE selection mechanisms state == NAIVE Cissue

23 Modellierung - Immunreaktion Cissue createcells( ) ispresentingpeptide CCreateEnv state == NAIVE state == AG_DEECED CReactEnv state == ACIVE state == ACIVE produced by active b cells

24 Modellierung - Immunreaktion CReactEnv CDevEnv state == NAIVE state == SOM_HYP Cissue ispresentingpeptide state == ACIVE Cissue state == AG_DEECED state == ACIVE

25 Modellierung - Immunreaktion Cissue createcells( ) ispresentingpeptide CCreateEnv state == NAIVE state == AG_DEECED CReactEnv state == ACIVE state == ACIVE produced by active b cells

26 Auswertung - eispiel CCreateEnv Zellen tote Zellen Ag

27 Auswertung - eispiel Cissue Zellen Zellen, erstes Signal aktive Zellen Ab

28 Auswertung verfeinertes Modell 3 Zellarten 4 Umgebungen humorale und zelluläre Immunantwort erweiterbare Klassenhierarchie API-Dokumentation Einflüsse von Parametern getestet weitere Entwicklungen Modell verfeinern Auswertung erweitern Usability

29 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit Gibt es Fragen