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FDLP – Föderiertes Lernen in der Lymphompathologie: Infrastruktur, Modelle, Erweiterungsalgorithmen, Detektion von Hochrisikopatienten

In der modernen Krebsforschung fallen immer umfangreichere Datensätze an (Big Data). Die Daten stammen aus molekularen und biochemischen Analysen, modernen Bildgebungsverfahren, klinischen Studien oder bilden Krankheitsverläufe von Patientinnen und Patienten ab. Diese Datenschätze gilt es in Zukunft zu heben. Neue computergestützte Ansätze der Datennutzung, modernste Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI), des Maschinellen Lernens und der Statistik haben einen hohen Stellenwert für die verbesserte Analyse und Extraktion forschungsrelevanter Informationen. Mit dieser Förderrichtlinie im Rahmen der Nationalen Dekade gegen Krebs beabsichtigt das BMBF Forschungsgruppen aus dem Bereich der Datenanalyse einen niederschwelligen Zugang zu hochqualitativen Daten aus der translationalen, biomedizinischen Krebsforschung und der onkologischen Routineversorgung zu ermöglichen. Zeitgleich arbeiten Forschende aus den Bereichen der Datengewinnung und Datenanalyse eng zusammen, um miteinander klinisch relevante onkologische Fragen anzugehen. Darüber hinaus soll die Kultur des Datenteilens für Forschungszwecke gefördert werden.

Etwa 30 % aller Lymphome sind diffus-großzellige B-Zell Lymphome (DLBCL), eine klinisch, pathologisch und molekular sehr unterschiedliche Gruppe von Erkrankungen. Da eine standardisierte Chemotherapie oft versagt, werden die Erkrankten häufig mit intensiveren Chemotherapien behandelt. Um diese individueller anpassen zu können, ist eine genauere Lymphom-Typisierung und eine Verlaufsvorhersage notwendig. Mit dem FDLP-Vorhaben wird die Entwicklung von Methoden des föderierten maschinellen Lernens gefördert, um Modelle zu entwickeln, die die Vorhersage von prognostischen Subtypen ermöglichen. Probleme des Datenmanagements, der -sicherheit und der -teilung werden adressiert. Die Plattform soll genutzt werden, um hochdimensionale molekulare Daten mit hochauflösenden histologischen Bilddaten zu integrieren. Zusätzliche Pathologiestandorte sollen eingebunden werden.

Teilprojekte

Standort Regensburg

Förderkennzeichen: 01KD2209A
Gesamte Fördersumme: 525.248 EUR
Förderzeitraum: 2022 - 2024
Projektleitung: Prof. Dr. Rainer Spang
Adresse: Universität Regensburg, Medizinische Fakultät, Institut für Funktionelle Genomik
Am BioPark 9
93053 Regensburg

Standort Regensburg

Lymphome sind eine heterogene Krebsart, die zahlreiche morphologische und molekulare Subtypen beinhaltet. Um die bestmögliche Therapie für einen Patienten zu finden, müssen diese Subtypen unterschieden werden, was immer noch eine Herausforderung in der pathologischen Arbeit darstellt. Zusammen mit anderen Wissenschaftlern wurden zwei umfangreiche Datensammlungen zu Lymphomen aufgebaut, eine bestehend aus molekularen Daten und eine aus hochauflösenden Aufnahmen von Gewebsschnitten. Geplanist, diese nun besser miteinander zu verbinden. Bisher gibt es kaum Verfahren, die eine gemeinsame Modellierung beider Informationsquellen erlauben würden. Am erfolgversprechendsten sind neuronale Netze, die aber sehr große Mengen an Daten zum Trainieren benötigen. Genau diese Daten werden zwar in unzähligen pathologischen Laboren täglich generiert, unterliegen aber dem Datenschutz. Deshalb ist das primäre Ziel, eine Plattform für föderiertes Lernen zu entwickeln, an die sich Pathologielabore anschließen können. So kann an allen Daten gemeinsam gelernt werden, ohne dass die Daten den geschützten Raum eines Pathologielabors verlassen. Ausgetauscht werden nur Modellparameter. Es wird davon ausgegangen, dass das Netzwerk gute Chancen hat schnell zu wachsen, da in den lokalen Patologielaboren digitale Bilder von Gewebsschnitten zunehmend die Arbeit am Mikroskop ersetzen. Mit immer mehr beteiligten Laboren wird Modelstabilität zum entscheidenden Kriterium für das Gelingen des Projekts. Ein Schwerpunkt liegt daher auf der Entwicklung statistischer Verfahren zur Harmonisierung von Bilddaten im Parameterraum. Auch dies geschieht, ohne dass Daten die Labore verlassen.

Standort Stuttgart

Förderkennzeichen: 01KD2209B
Gesamte Fördersumme: 42.494 EUR
Förderzeitraum: 2022 - 2024
Projektleitung: Prof. Dr. German Ott
Adresse: Robert Bosch Gesellschaft für medizinische Forschung mbH, Dr. Margarete Fischer-Bosch-Institut für Klinische Pharmakologie
Auerbachstr. 112
70376 Stuttgart

Standort Stuttgart

Lymphome sind eine heterogene Krebsart, die zahlreiche morphologische und molekulare Subtypen beinhaltet. Um die bestmögliche Therapie für einen Patienten zu finden, müssen diese Subtypen unterschieden werden, was immer noch eine Herausforderung in der pathologischen Arbeit darstellt. Zusammen mit anderen Wissenschaftlern wurden zwei umfangreiche Datensammlungen zu Lymphomen aufgebaut, eine bestehend aus molekularen Daten und eine aus hochauflösenden Aufnahmen von Gewebsschnitten. Geplanist, diese nun besser miteinander zu verbinden. Bisher gibt es kaum Verfahren, die eine gemeinsame Modellierung beider Informationsquellen erlauben würden. Am erfolgversprechendsten sind neuronale Netze, die aber sehr große Mengen an Daten zum Trainieren benötigen. Genau diese Daten werden zwar in unzähligen pathologischen Laboren täglich generiert, unterliegen aber dem Datenschutz. Deshalb ist das primäre Ziel, eine Plattform für föderiertes Lernen zu entwickeln, an die sich Pathologielabore anschließen können. So kann an allen Daten gemeinsam gelernt werden, ohne dass die Daten den geschützten Raum eines Pathologielabors verlassen. Ausgetauscht werden nur Modellparameter. Es wird davon ausgegangen, dass das Netzwerk gute Chancen hat schnell zu wachsen, da in den lokalen Patologielaboren digitale Bilder von Gewebsschnitten zunehmend die Arbeit am Mikroskop ersetzen. Mit immer mehr beteiligten Laboren wird Modelstabilität zum entscheidenden Kriterium für das Gelingen des Projekts. Ein Schwerpunkt liegt daher auf der Entwicklung statistischer Verfahren zur Harmonisierung von Bilddaten im Parameterraum. Auch dies geschieht, ohne dass Daten die Labore verlassen.

Standort Kiel

Förderkennzeichen: 01KD2209C
Gesamte Fördersumme: 170.333 EUR
Förderzeitraum: 2022 - 2024
Projektleitung: Prof. Dr. Wolfram Klapper
Adresse: Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Universitätsklinikum Schleswig-Holstein, Campus Kiel, Institut für Pathologie, Sektion für Hämatopathologie
Arnold-Heller-Str. 3
24105 Kiel

Standort Kiel

Lymphome sind eine heterogene Krebsart, die zahlreiche morphologische und molekulare Subtypen beinhaltet. Um die bestmögliche Therapie für einen Patienten zu finden, müssen diese Subtypen unterschieden werden, was immer noch eine Herausforderung in der pathologischen Arbeit darstellt. Zusammen mit anderen Wissenschaftlern wurden zwei umfangreiche Datensammlungen zu Lymphomen aufgebaut, eine bestehend aus molekularen Daten und eine aus hochauflösenden Aufnahmen von Gewebsschnitten. Geplanist, diese nun besser miteinander zu verbinden. Bisher gibt es kaum Verfahren, die eine gemeinsame Modellierung beider Informationsquellen erlauben würden. Am erfolgversprechendsten sind neuronale Netze, die aber sehr große Mengen an Daten zum Trainieren benötigen. Genau diese Daten werden zwar in unzähligen pathologischen Laboren täglich generiert, unterliegen aber dem Datenschutz. Deshalb ist das primäre Ziel, eine Plattform für föderiertes Lernen zu entwickeln, an die sich Pathologielabore anschließen können. So kann an allen Daten gemeinsam gelernt werden, ohne dass die Daten den geschützten Raum eines Pathologielabors verlassen. Ausgetauscht werden nur Modellparameter. Es wird davon ausgegangen, dass das Netzwerk gute Chancen hat schnell zu wachsen, da in den lokalen Patologielaboren digitale Bilder von Gewebsschnitten zunehmend die Arbeit am Mikroskop ersetzen. Mit immer mehr beteiligten Laboren wird Modelstabilität zum entscheidenden Kriterium für das Gelingen des Projekts. Ein Schwerpunkt liegt daher auf der Entwicklung statistischer Verfahren zur Harmonisierung von Bilddaten im Parameterraum. Auch dies geschieht, ohne dass Daten die Labore verlassen.

Standort Göttingen

Förderkennzeichen: 01KD2209D
Gesamte Fördersumme: 303.322 EUR
Förderzeitraum: 2022 - 2024
Projektleitung: Prof. Michael Altenbuchinger
Adresse: Georg-August-Universität Göttingen, Universitätsmedizin Göttingen, Institut für Medizinische Bioinformatik
Goldschmidtstr. 1
37077 Göttingen

Standort Göttingen

Lymphome sind eine heterogene Krebsart, die zahlreiche morphologische und molekulare Subtypen beinhaltet. Um die bestmögliche Therapie für einen Patienten zu finden, müssen diese Subtypen unterschieden werden, was immer noch eine Herausforderung in der pathologischen Arbeit darstellt. Zusammen mit anderen Wissenschaftlern wurden zwei umfangreiche Datensammlungen zu Lymphomen aufgebaut, eine bestehend aus molekularen Daten und eine aus hochauflösenden Aufnahmen von Gewebsschnitten. Geplanist, diese nun besser miteinander zu verbinden. Bisher gibt es kaum Verfahren, die eine gemeinsame Modellierung beider Informationsquellen erlauben würden. Am erfolgversprechendsten sind neuronale Netze, die aber sehr große Mengen an Daten zum Trainieren benötigen. Genau diese Daten werden zwar in unzähligen pathologischen Laboren täglich generiert, unterliegen aber dem Datenschutz. Deshalb ist das primäre Ziel, eine Plattform für föderiertes Lernen zu entwickeln, an die sich Pathologielabore anschließen können. So kann an allen Daten gemeinsam gelernt werden, ohne dass die Daten den geschützten Raum eines Pathologielabors verlassen. Ausgetauscht werden nur Modellparameter. Es wird davon ausgegangen, dass das Netzwerk gute Chancen hat schnell zu wachsen, da in den lokalen Patologielaboren digitale Bilder von Gewebsschnitten zunehmend die Arbeit am Mikroskop ersetzen. Mit immer mehr beteiligten Laboren wird Modelstabilität zum entscheidenden Kriterium für das Gelingen des Projekts. Ein Schwerpunkt liegt daher auf der Entwicklung statistischer Verfahren zur Harmonisierung von Bilddaten im Parameterraum. Auch dies geschieht, ohne dass Daten die Labore verlassen.

Standort Würzburg

Förderkennzeichen: 01KD2209E
Gesamte Fördersumme: 50.274 EUR
Förderzeitraum: 2022 - 2024
Projektleitung: Prof. Dr. Andreas Rosenwald
Adresse: Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Medizinische Fakultä, Pathologisches Institut
Josef-Schneider-Str. 2
97080 Würzburg

Standort Würzburg

Lymphome sind eine heterogene Krebsart, die zahlreiche morphologische und molekulare Subtypen beinhaltet. Um die bestmögliche Therapie für einen Patienten zu finden, müssen diese Subtypen unterschieden werden, was immer noch eine Herausforderung in der pathologischen Arbeit darstellt. Zusammen mit anderen Wissenschaftlern wurden zwei umfangreiche Datensammlungen zu Lymphomen aufgebaut, eine bestehend aus molekularen Daten und eine aus hochauflösenden Aufnahmen von Gewebsschnitten. Geplanist, diese nun besser miteinander zu verbinden. Bisher gibt es kaum Verfahren, die eine gemeinsame Modellierung beider Informationsquellen erlauben würden. Am erfolgversprechendsten sind neuronale Netze, die aber sehr große Mengen an Daten zum Trainieren benötigen. Genau diese Daten werden zwar in unzähligen pathologischen Laboren täglich generiert, unterliegen aber dem Datenschutz. Deshalb ist das primäre Ziel, eine Plattform für föderiertes Lernen zu entwickeln, an die sich Pathologielabore anschließen können. So kann an allen Daten gemeinsam gelernt werden, ohne dass die Daten den geschützten Raum eines Pathologielabors verlassen. Ausgetauscht werden nur Modellparameter. Es wird davon ausgegangen, dass das Netzwerk gute Chancen hat schnell zu wachsen, da in den lokalen Patologielaboren digitale Bilder von Gewebsschnitten zunehmend die Arbeit am Mikroskop ersetzen. Mit immer mehr beteiligten Laboren wird Modelstabilität zum entscheidenden Kriterium für das Gelingen des Projekts. Ein Schwerpunkt liegt daher auf der Entwicklung statistischer Verfahren zur Harmonisierung von Bilddaten im Parameterraum. Auch dies geschieht, ohne dass Daten die Labore verlassen.