Klinische Erfahrung und Studien zeigen ein verbessertes Ansprechen von Tumoren auf Strahlen-therapie, wenn diese vor oder nach der Bestrahlung moderat erwärmt werden. Folgende Prozesse können potentiell für den synergistischen Effekt von Wärme und Strahlung ver-antwortlich sein: (1) Wirkung der Wärme auf Proteine, welche für die Reparatur von DNS-Schäden verantwortlich sind; (2) Steigerung der Blutperfusion und darauf basierend, bessere Sauerstoff-Versorgung und (3) Einfluss auf die Immun-Antwort. Bezüglich der Wirkung via Reparatur-Enzyme existieren Daten in vitro, welche u.a. eine Abhängigkeit des Effektes von der Zeitdifferenz zwischen Bestrahlung und Erwärmung von Tumorzellen zeigen. Der Effekt ist beidseitig, d.h. sowohl bei der Bestrahlung vor sowie nach dem Erwärmen lässt sich ein reduziertes Zell-überleben im Vergleich zu Strahlung alleine beobachten. Die etablierten und klinisch verwendeten Dosisgrössen berücksichtigen diese dynamischen Zusammenhänge nicht. Ein Grundproblem der Bewertung klinischer Hyperthermie-Behandlungen ist der dynamische Aspekt, d.h. das Verständnis der zeitlichen Änderungen in einem komplexen System. Anhand von Modellen, Verfahren und Begriffsbildungen aus der Theorie komplexer dynamischer Systeme und mit Computersimulationen lässt sich aber ein besseres Verständnis der beobachteten Phänomene gewinnen. Diese kann zur Klärung klinischer Fragestellungen (wie z.B. Bedeutung und Abhängigkeit des Therapieerfolges von der Zeitdifferenz zwischen Erwärmen und Bestrahlen, beobachtete unterschiedliche Temperaturverläufe während der Hyperthermie, Fraktionierung und Dosierung) beitragen. Zu diesem Zweck wurde das Multi-Hit-Repair-Modell (MHR-Modell) entwickelt. Das Modell beschreibt die Wirkung der Wärme (und ionisierender Strahlung) auf die Reparatur-Proteine und die Interaktion mit der DNS (Reparatur-Prozess). Die Stärke dieses Models liegt darin, dass eine einzige Modellstruktur eine grosse Breite an strahlen-biologischen Phänomenen zwangslos durch die Kopplung einer Reihe biologisch direkt interpretierbarer Prozesskanäle erklärt.
Für einen Transfer in die Klinik muss eine grundsätzliche Hürden bewältigt werden: Für die Modellierung eines, in ein komplexes Umfeld eingebetteten biologischen Systems (Tumor in vivo) müssen relevante Systemgrössen identifiziert und Konzepte entwickelt werden, welche eine vereinfachte Beschreibung des Systems und seiner Einbettung zulassen. Zentral dabei ist, dass diese Vereinfachung sich an den klinisch erfassbaren und auswertbaren Parametern orientieren. Für die Anwendung sind allgemeine „Zellsimulatoren“, welche das Zellverhalten „bottom-up“ nachbilden wenig geeignet. Das MHR-Modell zeigt Wege hin zu einer top-down Simulation auf, berücksichtigt aber mögliche Effekte der Einbettung in vivo nicht. Ziel des vorgeschlagenen Projektes ist es, ein klinisch nutzbares Modell zur Planung und Optimierung der HT-RT zu erarbeiten und auch die Prozesse in vivo (Perfusion, Immun-Antwort) angemessen zu berück-sichtigen. Im Gegensatz zu etablierten Ansätzen zur Therapie-Planung soll dabei ein system-dynamischer Ansatz gewählt werden: Dies ermöglicht die adäquate Beschreibung der dyna-mischen Prozesse und steht sinnbildlich in Analogie zum Übergang von der „statischen“ Fotografie zum Film.