Im Projekt soll mit Hilfe von mathematischer Modellierung die Dynamik in 3D Tumor-Sphäroiden simuliert werden, so dass experimentell nicht zugängliche Größen über die Simulation abgeschätzt und Vorhersagen zum Erfolg und zur Optimierung einer Strahlentherapie getroffen werden können.  3D Tumor-Sphäroide sind weitaus realistischere Modelle von Tumoren im menschlichen Körper als die bisher weitverbreiteten 2D in-vitro Experimente in einer Petrischale. Das liegt daran, dass in-vivo-Prozesse, die stark von der 3D räumlichen Struktur des Tumors abhängen, insbesondere die Sauerstoffdurchdringung des Gewebes, von der unter anderem die Strahlungsresistenz abhängt, experimentell in einer Petrischale nicht repräsentativ abgebildet werden können.

Basis der Simulation ist ein zellulärer Automat, der die räumliche Komposition einer 3D-Struktur effektiv auf zellulärer Ebene abbildenden kann, die raum-zeitlichen Wechselwirkungen zwischen den Zellen regelbasiert beschreiben kann und verhältnismäßig einfach zu implementieren ist. Ziel ist es dabei, die Modellparameter so zu wählen, dass der zelluläre Automat vorhandene experimentelle Daten in verschiedenen Szenarien genau beschreibt. Jedoch sind Simulationen eines solchen 3D-zellulären Automaten meist sehr rechenaufwändig und damit ist die Kalibrierung schwierig und aufwändig.

Der innovative Ansatz dieses Projektes ist es, die aus den experimentellen Daten ersichtliche radialsymmetrische Struktur des Tumors zu nutzen, um zunächst ein vereinfachtes 1D-Differentialgleichungsmodell für die radiale Richtung zu entwickeln. Dieses dimensionsreduzierte Modell kann dann sowohl theoretisch analysiert als auch deutlich performanter simuliert werden, so dass die auftretenden Parameter effizient an die vorliegenden experimentellen Daten angepasst werden können. Durch den herzuleitenden inneren Zusammenhang zwischen den Parametern der 1D-Differentialgleichung und den Parametern des zellulären Automaten ist es dann möglich, auch den 3D zellulären Automaten zu kalibrieren und für die Simulation einzusetzen.