Virtueller Blutfluss durch die Leber – Wie ein Computermodell neue Einblicke ermöglicht 

Die Leber mehr als nur ein Filter

Die Leber ist eines der vielseitigsten Organe des Körpers: Sie reinigt das Blut, produziert lebenswichtige Eiweiße, speichert Vitamine und übernimmt eine zentrale Rolle im Stoffwechsel vieler Medikamente. Etwa 90 Liter Blut pro Stunde durchströmen das Organ – eine enorme Leistung. 

Um diese komplexen Vorgänge besser zu verstehen, haben Forschende vom Fraunhofer-Institut für Bildgestützte Medizin MEVIS in Bremen ein detailliertes virtuelles Modell einer Leber entwickelt – basierend auf 3D-Bilddaten einer Mäuseleber aus dem Computertomographen. 

50.000 virtuelle Würfel statt “Blackbox”

Bisher wurden Simulationen der Leberfunktion meist stark vereinfacht – das Organ galt als eine einheitliche Recheneinheit, eine sogenannte „Blackbox“. Das Modell der Forscher geht einen großen Schritt weiter: 

• Auf Basis der hochauflösenden Bilddaten wurde die fein verästelte Gefäßstruktur der Leber rekonstruiert 

• Das Organ wurde in rund 50.000 virtuelle Würfel unterteilt 

• Jeder Würfel fasst das Verhalten von mehreren tausend Leberzellen zusammen 

„Auch wenn eine Mäuseleber aus Millionen Zellen besteht, ermöglicht unsere Modellierung dennoch realitätsnahe Berechnungen in vertretbarer Zeit“, erklärt MEVIS-Forscher Ole Schwen. 

Ergänzt wird die Simulation durch biomedizinische Daten, die das Stoffwechselverhalten von Leberzellen beschreiben – etwa bei der Verarbeitung von Medikamenten oder Kontrastmitteln. 

Leberfunktion sichtbar machen – auch bei Fettleber oder Vergiftung

Das Computermodell erlaubt es, Blutflüsse und Stoffwechselprozesse im Inneren der Leber in Echtzeit am Bildschirm zu verfolgen: 

• Wie schnell reichert sich ein Wirkstoff im Gewebe an? 

• Wie verteilt sich ein Kontrastmittel in verschiedenen Leberregionen? 

• Wie verändert sich die Reaktion bei einer Fettleber oder Vergiftung? 

Auch veränderte Leberzustände, etwa durch Fettlebererkrankungen oder toxische Schädigungen, lassen sich realitätsnah simulieren. 

„Erstmals ist es möglich, den Stoffwechsel in der Leber nicht nur allgemein, sondern räumlich aufgelöst zu analysieren“, sagt Projektleiter Tobias Preusser. 

Perspektive: Personalisierte Lebermedizin

Langfristig könnte das Modell nicht nur für die Forschung und Medikamentenentwicklung von Bedeutung sein, sondern auch für die individuelle Therapieplanung: 

• Könnte ein bestimmtes Lebermedikament bei einem Patienten wirksam sein? 

• Wie reagiert eine vorgeschädigte Leber auf eine neue Substanz? 

• Welche Dosierung ist in einem konkreten Fall sinnvoll? 

Die Forschenden sind zuversichtlich, dass sich das Modell künftig auch auf den menschlichen Organismus übertragen lässt – ein Schritt in Richtung personalisiertes Lebermodell.