Mathematik für die Medizin
Dennis Trautwein erhält den John Butcher Prize 2022 – Doktorand am von der DFG geförderten Graduiertenkolleg 2339 IntComSin
12. August 2022
Dennis Trautwein, Doktorand der Mathematik an der Universität Regensburg im von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Graduiertenkolleg 2339 IntComSin, wurde bei der renommierten SciCADE, the International Conference on Scientific Computation and Differential Equations, mit dem John Butcher Prize 2022 für Promovierende ausgezeichnet. Das Auswahlkomitee war vom Konferenzbeitrag des 25-jährigen zu viskoelastischen Modellen, die helfen, das Wachstum von Tumoren zu verstehen, begeistert. Die Entwicklung mathematischer Modelle, die helfen, verschiedene Aspekte von Tumorwachstum bei Krebserkrankungen zu beschreiben und damit Patienten und Ärztinnen eine Vielzahl klinischer Tests und Experimente zu ersparen, gehört zu den Forschungsgebieten von Dennis Trautweins Doktorvater Professor Dr. Harald Garcke, Lehrstuhl für Mathematik VIII der Universität Regensburg und aktuell Sprecher des GRK 2339.
Dennis Trautwein (l.) und Prof. Dr. Harald Garcke (r.). Foto: twa/UR
Der Bedarf an mathematischen Modellen, Methoden und effizienter Software steigt aufgrund der wachsenden Nachfrage zur Vorhersage, Kontrolle und Optimierung in diversen Anwendungsfeldern – darunter Biologie oder Medizin. In der Onkologie, bei Krebserkrankungen, erlauben mathematische Modelle, den Einfluss verschiedener Mechanismen und Aspekte zu studieren, die das Wachstum von Tumoren wesentlich beeinflussen. In Zusammenarbeit mit Wissenschaftler:innen aus Biologie und Medizin helfen die aus den Modellen gewonnen Erkenntnisse, bestehende Therapien zu verbessern oder neue Behandlungsstrategien für die personalisierte Medizin zu entwickeln. Doch den Modellen liegen komplexe Prozesse und komplizierte Berechnungen zugrunde – denn das Wachstum von Tumoren ist sehr individuell. So ist es beispielsweise von Nährstoffversorgung oder der Interaktion mit dem Immunsystem beeinflusst. Komplexe Differentialgleichungen bilden dann die Basis für patientenspezifische Vorhersagen.
Prognose des Tumorwachstums
„Wenn man dann ein mathematisches Modell hat, muss man analysieren, inwiefern es sich für numerische Experimente im Computer eignet und ob man Bilder davon erzeugen kann, die das qualitative Verhalten eines Tumors dann auch in 2-D oder 3-D andeuten können“, sagt Dennis Trautwein, der auch der jüngste Teilnehmer bei der SciCADE 2022 war. „Das Verhalten, das in griechischen oder mathematischen Symbolen an der Tafel steht, muss in den Computer.“ Denn Computersimulationen sind für Vorhersagen zur Entwicklung eines Tumors unabdingbar. Dennis Trautwein braucht zur Prüfung von Gleichungen die numerische Analysis. Sein Master im Studiengang Computational Science an der Universität Regensburg bildete die ideale Voraussetzung für seine jetzige Forschung.
Mathematisches Modell eines wachsenden Tumors. Quelle: Garcke, Harald and Trautwein, Dennis. "Numerical analysis for a Cahn–Hilliard system modelling tumour growth with chemotaxis and active transport" Journal of Numerical Mathematics, vol. 0, no. 0, 2022. doi.org/10.1515/jnma-2021-0094
Gesellschaftliche Relevanz
Der Doktorand der Mathematik trug am ersten Konferenztag im kleineren Kreis vor, am letzten Tag war er der einzige „junior participant“ im 300-köpfigen Plenum, in dem die Weltkoryphäen der Mathematik saßen, berichtet Doktorvater Harald Garcke. Er freut sich sichtlich mit seinem Doktoranden: „Mich hat der Preis am Ende der Konferenz gar nicht mehr überrascht, denn schon am ersten Tag, als Dennis‘ Vortrag zum Ende kam, flüsterten mir die ersten Kollegen zu – das war ja klasse!“ Mit dem neuseeländischen Mathematiker John Butcher, zwischenzeitlich knapp 90, ist Dennis Trautwein nun im Anschluss an die Konferenz in E-Mail-Austausch. Eine weitere Auszeichnung, denn in der Mathematik ist der Name Butcher ein Begriff – „jedem Studierenden begegnet das Butcher-Tableau schon im Grundstudium“, sagt Professor Dr. Harald Garcke. „Ich erinnere mich an meine eigene Drittjahres-Vorlesung ...“
An seiner Doktorarbeit sitzt Dennis Trautwein, der neben Deutsch, Englisch, Französisch und Russisch spricht, seit eineinhalb Jahren. In der Wissenschaft tätig zu bleiben ist sein Ziel. Besondere Freude bereitet ihm „das numerische Fachgebiet und die abstrakte Mathematik auf den Computer bringen und sie anschaulich zu machen“. Das Thema, das er bearbeitet, ist ihm aber auch wegen der gesellschaftlichen Relevanz von Krebserkrankungen wichtig, die in wohlhabenden Ländern wie Deutschland zu den Haupttodesursachen gehören.
twa.
Informationen/Kontakt
Zu Dennis Trautwein, M. Sc. und zur SciCade 2022
Zum Lehrstuhl von Prof. Dr. Harald Garcke mit einem Vorabdruck des Artikels von Matthias Ebenbeck und Harald Garcke: Die Schöne und das Biest. Wie mathematische Modelle helfen, das Wachstum von Tumoren zu verstehen.
Zum DFG-Graduiertenkolleg 2339 IntComSin: Grenzflächen, komplexe Strukturen und singuläre Grenzwerte in der Kontinuumsmechanik - Analysis und Numerik
Zum Studiengang Computational Science an der Universität Regensburg
