Por­trät Gud­run Schap­pa­cher-Tilp: Mathe­ma­ti­ke­rin simu­liert Medikation

25.05.2021 | Politik

Die Mathe­ma­ti­ke­rin Gud­run Schap­pa­cher-Tilp hat ein Simu­la­ti­ons­mo­dell für die Medi­ka­tion bei einer Erkran­kung der Neben­schild­drüse erstellt. Mit ihrer For­schungs­ar­beit dazu hat sie kürz­lich das Dok­to­rats­stu­dium der medi­zi­ni­schen Wis­sen­schaft abgeschlossen.
Ursula Scholz

In der mathe­ma­ti­schen Model­lie­rung inter­es­siert uns nicht, was ein Ding ist, son­dern viel­mehr, was es tut“, erklärt Gud­run Schap­pa­cher-Tilp. „Ob eine T‑Zelle ein Virus atta­ckiert oder ein Schnee­leo­pard einen Schnee­ha­sen: bei­des funk­tio­niert für uns nach dem­sel­ben Prin­zip von Jäger und Beute.“ In ihrer aktu­el­len For­schungs­ar­beit, mit der sie als Mathe­ma­ti­ke­rin kürz­lich ein Dok­to­rats­stu­dium der medi­zi­ni­schen Wis­sen­schaft abge­schlos­sen hat, wid­met sich Schap­pa­cher-Tilp weder Viren noch Schnee­leo­par­den, son­dern der best­mög­li­chen Medi­ka­tion der Neben­schild­drüse bei Dia­ly­se­pa­ti­en­ten. Denn die nötige medi­ka­men­töse Ein­däm­mung der Über­pro­duk­tion an Para­thor­mon zur Rege­lung des Kal­zium- und Phos­phat­haus­halts ver­ur­sacht bei vie­len Nie­ren­pa­ti­en­ten Neben­wir­kun­gen, die in wei­te­rer Folge ihre Ein­nah­me­dis­zi­plin unter­gra­ben. Auf­grund der Erkennt­nisse im vir­tu­el­len Modell von Schap­pa­cher-Tilp konnte die Medi­ka­men­ten­gabe auf drei­mal wöchent­lich redu­ziert und somit die Com­pli­ance gestei­gert wer­den. „Unsere Berech­nun­gen haben gezeigt, dass eine sel­te­nere, aber kon­trol­lierte Arz­nei­mit­tel­gabe gleich wirk­sam ist wie die bis­he­rige Ver­schrei­bungs­pra­xis.“ Wenn sie zum opti­ma­len Zeit­punkt erfolgt. Die­ser wurde im Simu­la­ti­ons­mo­dell ermit­telt, ohne dabei die Gesund­heit von Pati­en­ten zu ris­kie­ren. Am Modell wurde außer­dem her­aus­ge­fun­den, dass die Auf­nahme des Medi­ka­men­tes direkt zum Essen am bes­ten wirkt. „Da ist die Leber mit ande­rem beschäf­tigt und kann nicht so viel Wirk­stoff herausfiltern.“

Durch Zufall zur Medizin

Dass die ehe­ma­lige Herta-Firn­berg-Pro­jekt­lei­te­rin für Mathe­ma­ti­sche Model­lie­rung bio­lo­gi­scher Pro­zesse und nun­mehr Leh­rende an der Gra­zer Karl-Fran­zens-Uni­ver­si­tät zur Medi­zin gekom­men ist, ver­dankt sie dem Zufall, der ihren Mann beruf­lich nach Kanada geführt hat. Denn Schap­pa­cher-Tilp wollte – nach­dem ihr der Vater (selbst Mathe­ma­tik-Pro­fes­sor) mit 17 Jah­ren ein Buch über Ana­ly­sis geschenkt hat – ein­fach nur Mathe­ma­tik studieren.

Nach zehn Jah­ren in der Pri­vat­wirt­schaft, in der sie ihr sys­te­ma­ti­sches und ana­ly­ti­sches Den­ken in eher Mathe­ma­tik-fer­nen Berei­chen ein­brin­gen konnte, brach sie mit ihrem Mann nach Cal­gary auf, wohin den Sport­wis­sen­schaf­ter ein Schrö­din­ger-Sti­pen­dium geführt hat. Untä­tig­keit lag Schap­pa­cher-Tilp fern, also fragte sie schon vorab am dor­ti­gen uni­ver­si­tä­ren Mathe­ma­tik-Insti­tut an, ob es Arbeit gäbe. Sie hatte das Glück, an der Uni­ver­sity of Cal­gary eine Post­doc-Stelle zu erhal­ten, die je zur Hälfte von der Mathe­ma­tik und von der Phy­sio­lo­gie bezahlt wurde. Dort arbei­tete sie mit Wal­ter Her­zog, einem Pro­fes­sor für Bio­me­cha­nik zusam­men, der seine For­schung der Mus­kel­funk­tion wid­met. Schap­pa­cher-Tilp model­lierte für ihn Vor­gänge bei Mus­kel­kon­trak­tio­nen und trat damit unver­se­hens in die Welt der Medi­zin ein, die sie ab nun so fasziniert.

Vom Mus­kel zum Hormon

„Mit 18 war ein Medi­zin­stu­dium über­haupt kein Thema. Da gab es keine Alter­na­tive zur Mathe­ma­tik“, erzählt Schap­pa­cher-Tilp. „Aber je mehr ich mit Ärz­ten zusam­men­ar­beite, desto span­nen­der erscheint mir die Medi­zin und es tut mir fast leid, nicht Medi­zin stu­diert zu haben.“ Über ihre Arbeit zur Mus­kel­kon­trak­tion – diese läuft auch von Öster­reich wei­ter – lernte sie schließ­lich Univ. Prof. Peter Kotanko, Fach­arzt für Innere Medi­zin am New Yor­ker Renal Rese­arch Insti­tute, ken­nen, ihren heu­ti­gen For­schungs­part­ner in puncto Para­thor­mon-Regu­la­tion. Neben ihrem über Dritt­mit­tel finan­zier­ten Pro­jekt zur Neben­schild­drüse wid­met sie sich in ihrem Berufs­all­tag auch noch als Leh­rende der Mathe­ma­tik und unter­rich­tet vor allem ange­hende Biologen.

Auf ihre medi­zi­ni­schen The­men stößt sie eher zufäl­lig durch Anfra­gen von For­schern: „Im Ide­al­fall gibt es Daten und jeman­den, der sie anwen­den möchte.“ Hätte sie die freie Wahl, würde Schap­pa­cher-Tilp gerne auch ein­mal Modelle im Bereich des Meta­bo­lis­mus erstel­len. Sie mag es, kom­plexe dyna­mi­sche Vor­gänge abzu­bil­den und dabei auch immer wie­der an ihre Gren­zen zu stoßen.

Unter Berück­sich­ti­gung des gesam­ten vor­han­de­nen Wis­sens über die Reak­tion der Neben­schild­drüse auf sin­kende Nie­ren­funk­tion hat Schap­pa­cher-Tilp ihr mathe­ma­ti­sches Modell für die­ses Organ erstellt – in sei­ner gesun­den wie patho­lo­gi­schen Funk­tion. Trotz­dem musste sie die­ses immer wie­der adap­tie­ren. „Es ist ganz nor­mal, im Laufe der Arbeit die Hypo­these zu ver­än­dern. Wir haben anfangs gemerkt, dass in unse­rer Über­le­gung noch etwas fehlt, das Phos­phat aus dem Sys­tem nimmt, und so hat sich das Modell schließ­lich von der Neben­schild­drüse aus­ge­hend auf alle Organe aus­ge­wei­tet, die am Kal­zium-Phos­phat-Haus­halt betei­ligt sind.“

Tage­lang gedank­lich über etwas zu brü­ten, das sich lösen lässt oder auch nicht, gehört für Schap­pa­cher-Tilp zum Selbst­ver­ständ­nis als Mathe­ma­ti­ke­rin. „Man kann auch zwei Jahre an einem Beweis arbei­ten und er geht nicht auf. Dann ist man eben kurz frus­triert.“ Obwohl sie sich selbst keine Geduld attes­tiert, scheint ihr diese in der Denk­ar­beit in gro­ßem Maß zur Ver­fü­gung zu ste­hen. „Aber ich beneide mei­nen Mann, zu des­sen For­schung Expe­ri­mente gehö­ren. Da kann man immer etwas dar­über ver­öf­fent­li­chen, egal wel­ches Ergeb­nis die Expe­ri­mente gebracht haben.“ Eher als Geduld würde sich Schap­pa­cher-Tilp Neu­gier zuschrei­ben und einen uner­schüt­ter­li­chen Fokus auf die Pro­blem­lö­sung. „Ich kann mich schon rich­tig in etwas ver­bei­ßen.“ Im Umgang mit ihren bei­den Töch­tern hin­ge­gen kul­ti­viert sie andere Facet­ten ihrer Per­sön­lich­keit: „Da tan­zen wir beim Pala­tschin­ken machen …“

Neben dem Poké­mon spie­len mit den Kin­dern bringt sie auch die Musik zur Ruhe: Schap­pa­cher-Tilp hat zwölf Jahre lang am Kon­ser­va­to­rium Kla­vier­un­ter­richt genom­men und taucht auch jetzt noch gerne in die Welt der schwarz-wei­ßen Tas­ten ein. „Ich kenne kei­nen Mathe­ma­ti­ker, der nicht auch ein Instru­ment spielt.“ Dis­zi­plin brau­che es für bei­des: sowohl für Fin­ger­übun­gen als auch für viel­schich­tige Denkprozesse.

Modell erspart Krankheit

Worin sich Mathe­ma­ti­ker mög­li­cher­weise von Ärz­ten unter­schei­den, ist das Gefühl für Grö­ßen­ord­nun­gen. Die erste, von Schap­pa­cher-Tilp als „kleine“ Publi­ka­tion titu­lierte Arbeit zur Ver­bes­se­rung der Begleit­me­di­ka­tion bei Nie­ren­er­krank­ten, die sie im Jahr 2019 in den USA auf einem Neph­rolo­gen­kon­gress prä­sen­tiert hat, umfasst die Daten von 10.000 Pati­en­ten. Für heuer peilt sie mit ihrem For­schungs­part­ner eine „grö­ßere“ Publi­ka­tion an. Noch immer feilt sie an der Fein­mo­del­lie­rung des Phos­phats im Kno­chen­haus­halt. Denn an der opti­mal kon­trol­lier­ten Steue­rung des Para­thor­mon-Spie­gels hängt neben der Kno­chen­sta­bi­li­tät auch die zu ver­mei­dende vasku­läre Kal­zi­fi­zie­rung. So hilft ihr mathe­ma­ti­sches Modell dabei, Men­schen mit einer Nie­ren­in­suf­fi­zi­enz zusätz­li­che Kno­chen- und Herz­kreis­lauf-Erkran­kun­gen zu ersparen.

Erspar­nis im mone­tä­ren Sinn ver­spricht das medi­zi­ni­sche Modell von Schap­pa­cher-Tilp für die Gesund­heits­bran­che: Mit Simu­la­tio­nen von Organ­funk­tio­nen und vir­tu­el­len Ver­suchs­rei­hen für Medi­ka­mente las­sen sich teure kli­ni­sche Stu­dien ver­klei­nern und deut­lich treff­si­che­rer machen.

© Öster­rei­chi­sche Ärz­te­zei­tung Nr. 10 /​25.05.2021