Ergebnisse von Schülerinnen und Schüler im Fachbereich Mathematik

Exkursion des Zusatzkurses Angewandte Mathematik am 18.3.2015

Husten, Heiserkeit, Fieber, und als wäre das nicht genug, bekommt man von dem Antibiotikum auch noch Bauchschmerzen!

Dr. Marcus Weber ist Mathematiker und arbeitet heute im Konrad-Zuse Institut in Dahlem. Er forscht dort nach Möglichkeiten, Medikamente besser verträglich zu machen und die Nebenwirkungen zu verringern. Doch wie genau funktioniert das?

Viele Schmerzmittel benutzen zum Lindern Opiate wie zum Beispiel Morphium, Stoffe, die sehr stark abhängig machen. Jährlich sterben mehr Menschen an einer Überdosis Morphium, als an Heroin und Kokain zusammen. Die Abhängigkeit kommt daher, dass diese Opiate nicht nur an die Schmerzrezeptoren passen, sondern auch ins Gehirn und in den Magen dringen. Das kann zu diversen Nebenwirkungen führen, im schlimmsten Fall sogar zum Tod. Deshalb hat das Team um Marcus Weber das Medikament Fentanyl weiterentwickelt. Dieser neue Wirkstoff (F-Fentanyl) kann sich zwar immernoch im gesamten Körper verteilen, passt allerdings nur an die Schmerzrezeptoren, und kann somit weder Schaden im Gehirn, noch sonst wo im Körper anrichten. Doch was macht ein Mathematiker wie Marcus Weber in einem Team aus Biologen und Chemikern?
Um neue Medikamente zu entwickeln, muss deren Wirksamkeit getestet werden. Das kann entweder experimentell oder durch eine Computersimulation gemacht werden. Experimentelle Untersuchungen weisen viele Probleme auf: Tiere werden misshandelt, die Fehlerquote ist hoch und es sind viele Untersuchungen nötig. Computersimulationen hingegen bieten die Möglichkeit ohne diese Probleme neue Medikamente zu testen.
Der Nachteil einer Computersimulation besteht darin, dass bei einer Langzeitsimulation, die bei Medikamenten notwendig ist, eine Sekunde Echtzeitsimulation mehrere Jahrhunderte Rechenzeit braucht. Hier kommt Marcus Weber ins Spiel: Anstatt einer Langzeitsimulation berechnet er anhand vieler Kurzzeitsimulationen den Weg des Moleküls im Rezeptor.
Bei diesen Kurzzeitsimulationen berechnet er die Wahrscheinlichkeit P eines Moleküls innerhalb einer bestimmten Zeit t von dem gegenwärtigen Zustand I in den neuen Zustand J zu kommen.
Aus diesen Tendenzen rekonstruiert er den wahrscheinlichsten Weg den das Molekül in den Rezeptoren zurücklegen wird.
Mit diesen Informationen kann er dann bestimmen welche Rezeptoren das Molekül aktiviert und so die Wirksamkeit des Medikaments bestimmen.
Mit dieser Entdeckung hat das Team von Marcus Weber das neue Medikament F-Fentanyl entwickelt und dessen Wirksamkeit nachgewiesen. Der nächste Schritt ist jetzt, das Medikament an Patienten zu probieren und auf den Markt zu bringen.
Wir sind Marcus Weber sehr dankbar, dass wir neben seinem Vortrag auch noch an einer Führung durch das 3D Labor des Instituts teilnehmen konnten. Neben dem vielseitigen Arbeitsfeld der Mathematiker, haben wir bei unserer Exkursion im Konrad-Zuse Institut auch viel über die zukünftige Forschung im Bereich der Chemie und Medizin gelernt. Es hat sich wiedermal gezeigt, dass Mathematik in vielen Bereichen wichtig ist.

(Ein Bericht von Marlene und Paul 28.4.2015)

Ergebnisse des Wahlpflichtkurses 10

Ein selbsterstelltes Video zum Thema "Achilles und die Schildkröte"

https://www.youtube.com/watch?v=pr6RYNH94r4