Zusammenfassung - Synthetische MC über biologische Botenstoffe: Therapeutische Modulation des Darm-Hirn-Achses

Synthetische MC über biologische Botenstoffe: Therapeutische Modulation des Darm-Hirn-Achses

2025-07-10 10:06:13

{"Sebastian Lotter","Elisabeth Mohr","Andrina Rutsch","Lukas Brand","Francesca Ronchi","Laura Díaz-Marugán"}

{cs.LG,q-bio.QM,q-bio.TO}

Die Forschungsarbeit untersucht die Nutzung synthetischer molekularer Kommunikation (SMC) zur therapeutischen Modulation des Darm-Hirn-Axens (GBA) zur Verbesserung der personalisierten Gesundheitsversorgung. SMC ist entscheidend für IoBNT-Geräte, die die kontinuierliche Überwachung der biochemischen Signale eines Patienten ermöglichen. Die Generierung von Signalen innerhalb des menschlichen Körpers bleibt aufgrund technischer und ethischer Hürden eine Herausforderung. Das Papier schlägt einen neuen Ansatz vor, der indirekt durch Modulation des GBA, einem natürlichen Kommunikationssystem zwischen der Darmmikroflora und dem zentralen Nervensystem, Signale erzeugt. Dieser Ansatz nutzt persönliche Gesundheitsdaten, wie die durch IoBNT-Geräte gesammelten, um effektivere und anpassungsfähigere GBA-Modulationstherapien zu entwickeln. Zu den wesentlichen Beiträgen des Papiers gehören: - Ein theoretischer Rahmen für die Informationsübertragung durch Modulation eines biologischen Transmitters (Tx) im GBA. - Ein computergestütztes Modell, das einen Random-Forest (RF)-Klassifikator verwendet, um Modulatoren des GBA mit begrenzten Daten zu identifizieren. - Die Identifizierung spezifischer Modulationspfade, insbesondere solche, die Bakterien im Darm und das damit verbundene metabolische Signaling betreffen, mit potenziellen therapeutischen Auswirkungen. Die Studie nutzt maschinelles Lernen, um Daten aus Mausmodellen zu analysieren und die Auswirkungen von Ernährungsinterventionen, insbesondere der ketogenen Diät (KD), auf den Darmmikrobiom und die metabolischen Profile zu identifizieren. Die Ergebnisse zeigen die Effektivität der KD als therapeutisches Ziel für die Modulation des GBA und schlagen vor, dass bestimmte Bakterienarten und Metabolite entscheidende Rollen bei der Vermittlung der Wirkungen der Diät spielen könnten. Der vorgeschlagene Ansatz hat das Potenzial, die Behandlung neurologischer Erkrankungen zu revolutionieren, indem hoch effektive, personalisierte Ernährungsinterventionen angepasst an die individuelle Zusammensetzung des Darmmikrobioms ermöglicht werden. Durch das Schließen des Sensoren-Aktuator-Schlauchs in der durch IoBNT unterstützten Behandlung eröffnet diese Forschung vielversprechende Wege zur Verbesserung der Patientenergebnisse und zur Weiterentwicklung der personalisierten Medizin.