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Zytotoxische Chemotherapien, die zur Behandlung gastrointestinaler Karzinome eingesetzt werden, sind mit unerwünschten Wirkungen und insbesondere mit Hämatotoxizität verbunden. Diese können Behandlungsverzögerungen zur Folge haben, welche die Wirksamkeit der Tumortherapie und damit die Überlebenschancen verschlechtern. Chemotherapie-bedingte Nebenwirkungen sind variabel und das individuelle Risiko ist auf Grundlage klinischer Merkmale eines Patienten schwer vorherzusagen. Aus diesem Grund werden hierfür biomathematische Modelle der Hämatopoese unter Chemotherapie als modellbasierter Ansatz der Präzisionsmedizin vorgeschlagen. Bisher wurde die Leistung dieser Modelle nur in geringem Umfang für Therapien solider Tumore untersucht. In die vorliegende prospektive klinische multizentrische Beobachtungsstudie wurden 28 Patienten mit lokal fortgeschrittenem Adenokarzinom des Magens (n= 9, 32.1%), Ösophagus, ösophago-gastralen Übergangs (Typ I-III nach Siewert) (n=14, 50.0%) und Pankreaskarzinom (n=5, 17.9%) eingeschlossen, bei denen eine neoadjuvante oder adjuvante Chemotherapie mit dem FLO(T)- (5-Fluorouracil, Folinsäure, Oxaliplatin, Docetaxel) (n=23, 82.1%) oder FOLFIRINOX- (5-Fluorouracil, Folinsäure, Oxaliplatin und Irinotecan) Schema (n=5, 17.9%) geplant war. Während der Therapiezyklen wurden engmaschige Blutbildkontrollen durchgeführt. Darüber hinaus wurden die aufgetretenen Nebenwirkungen zu jedem Zyklus gemäß CTCAE v5.0 dokumentiert. Es wurde ein mechanistisches biomathematisches integriertes Modell der Hämatopoese, der Chemotherapie sowie der Wirkung hämatopoetischer Wachstumsfaktoren verwendet, um die individuelle, Chemotherapie-bedingte Hämatotoxizität eines Patienten vorherzusagen. Bei 21 Studienpatienten (75%) trat eine höhergradige hämatologische Toxizität (Grad 3 oder 4 nach CTCAE) auf, wobei es sich am häufigsten um eine Neutropenie handelte (n= 19, 67.9%). Für die Zyklen zwei, drei und sechs konnten die Neutropenie-Grade mit durchschnittlich weniger als einem Toxizitätsgrad Abweichung prognostiziert werden, die Leukopenie-Grade hingegen bis einschließlich Zyklus 6, die Thrombopenie-Grade sogar bis Zyklus 8. Somit unterschied sich die Vorhersagegenauigkeit für die verschiedenen hämatologischen Zelllinien. Die Übereinstimmung der Prognosen für die frühen Therapiezyklen (Zyklus 2 und 3) war für alle betrachteten Blutzelllinien und Therapie-Schemata ausgezeichnet. Bei den Prognosen für die späteren Therapiezyklen traten erwartungsgemäß größere Abweichungen zwischen den vorhergesagten und den klinisch beobachteten Toxizitätsgraden auf. Die Anwendung dieses biomathematischen Modells zur Vorhersage der individuellen hämatologischen Toxizität von Patienten mit gastrointestinalem Karzinom, die mit einem FLO(T)- oder FOLFIRINOX-Schema behandelt werden, führt selbst bei dieser heterogenen Population zu zuverlässigen Ergebnissen. Die Vorhersageleistung dieses Modells erwies sich für Kurzzeitprognosen als ausgezeichnet und für Langzeitprognosen als annehmbar. Der klinische Nutzen dieses präzisionsmedizinischen Ansatzes sollte in einer größeren prospektiven Kohorte weiter untersucht und validiert werden.