IZKF-Clinician Scientists

Schilddrüsenkarzinome: Analyse von bildgestützten und molekularen Einflussfaktoren auf das Outcome

Das Schilddrüsenkarzinom zeigt eine weltweit steigende lnzidenz und bei optimaler Therapie eine langfristig erhaltene hohe Lebensqualität. Die seit 1965 am Universitätsklinikum Würzburg (UKW) strukturiert erhobenen Daten von aktuell 4.100 Patientinnen und Patienten mit Schilddrüsenkarzinom (im Folgenden Pat. genannt), ermöglichen valide Aussagen zu prognostisch relevanten Faktoren, selbst für seltene Konstellationen. Ein Schwerpunkt liegt auf dem klinischen Nutzen der molekularen Bildgebung in Form der Positronen-Emissions­Tomographie (PET) und der Einzelphotonen-Emissions-Computertomographie (SPECT) in Kombination mit der Computertomographie (CT) für ein optimales Therapiemanagement.

Das Projekt gliedert sich in vier Abschnitte:

1. Lymphknotenmetastasen: Anhand der zervikalen SPECT/CT von etwa 1.800 Pat. wird die lokale Tumorlast CT-graphisch und SPECT-graphisch bestimmt und der prognostische Nutzen verschiedener Konstellationen (bsp. ,,lod-avide und CT-graphisch unauffällig") bewertet.

2. Fernmetastasen: Die SPECT/CT-und PET/CT-Bildgebung von ca. 400 Pat. wird analog zu 1. ausgewertet und um BRAF-Mutationen ergänzt, um molekulargenetische, prognostisch wichtige Merkmale zu identifizieren.

3. Schlecht differenzierte Karzinome: Etwa 300 Pat. mit schlecht differenzierten Karzinomen, einschließlich Hürthle­Zell-und Iod-negativen Karzinomen stehen im Fokus. Es wird nach prognostisch relevanten Charakteristika in PET/CT und SPECT/CT gesucht. Außerdem werden ca. 350 Pat. mit Zweitmalignom untersucht, um histologische (TNM, Tumorgröße etc.) und therapeutische Risikofaktoren (therapeutische Gesamtaktivität, etc.) für die Entwicklung eines Zweitmalignoms zu ermitteln.

4. Altersgruppen: In verschiedenen Altersgruppen werden prognostisch relevante histologische, molekulare (SPECT/CT, PET/CT) und laborchemische Charakteristika (Tg­Level, T g-Antikörper) untersucht.

Spektrale CT-Bildgebung in der Diagnostik der Lungenarterienembolie

Durch den Einsatz spektraler Bildgebung können die diagnostischen Erkenntnisse bei der Durchführung einer CT-Pulmonalisangiografie (CTPA) zur Diagnostik der Lungenarterienembolie (LAE) neben den morphologischen Informationen um funktionelle Informationen durch das Abbilden von Perfusionsdefiziten in farbkodierten Jodkarten erweitert werden. Mit der Einführung von photonenzählenden Detektoren Ende 2021 ergeben sich viele potenzielle Vorteile in der Diagnostik der LAE gegenüber bisher gängigen Dual-Energy (DE)-Techniken. Dazu zählen eine höhere örtliche und zeitliche Auflösung bei geringerer notwendiger Kontrastmittel- und Strahlendosis. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, die Vorteile der spektralen Bildgebung im Kontext der LAE wissenschaftlich zu analysieren. Einzelne Teilprojekte sollen dabei die Auswirkung von ultra-hochauflösenden spektralen Scanprotokollen auf die Bildqualität und Strahlendosis von PCD-CTPAs evaluieren (1), die Korrelation von Minimum-Intensity Projections mit DE- und PCD-generierten Jodkarten überprüfen (2), die Bedeutung von verschiedenen Rekonstruktionskernen auf die Beurteilbarkeit von pulmonalarteriellen Gefäßen erheben (3) und den Einfluss eines sog. Split-Bolus-Protokolls auf die Bildqualität der Jodkarten bewerten (4). Außerdem soll in klinisch orientierten Projekten der Interventionserfolg nach Pulmonalis-Thrombektomien mittels PCD-generierten Jodkarten evaluiert werden (5), sowie erstmals der Versuch unternommen werden, Perfusionsausfälle bei vorhandener LAE zu quantifizieren und mit klinischen Parametern zu korrelieren (6)

Explorative Implementierung modifizierter Bildgebungstechniken in die Hörprothetikversorgung – Ein wissenschaftlicher Ansatz zur Verbesserung der auditiven Rehabilitation

Ziel des Projektes ist es, die Versorgung von Schwerhörigen durch den Einsatz moderner bildgebender Verfahren zu optimieren. Das hohe Potenzial dieses Ansatzes wurde bereits in Vorarbeiten aufgezeigt. Die vorgeschlagenen Forschungsprojekte werden 4 verschiedene Teilaspekte der Bildgebung abdecken. Im ersten Projekt soll die Anatomie fehlgebildeter Gehörknöchelchen mittels experimenteller hochauflösender Mikro-CTs evaluiert werden. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse werden für die Chirurgie fehlgebildeter Ohren und für die Entwicklung spezieller Prothesen von großem Interesse sein. Das zweite Projekt zielt auf eine verbesserte Darstellung von Mittelohrprothesen in einem klinisch anwendbaren Photon-Counting-CT ab. Hier sollen optimierte Niedrigdosis-Protokolle getestet werden, mit denen die korrekte Lage von Mittelohrprothesen verifiziert werden kann. Im dritten Projekt soll eine optimierte Felsenbein-Bildgebung für die konventionelle MSCT-Technik entwickelt werden, indem cochleäre Analysen in Abhängigkeit von der Strahlendosis und dem rekonstruierten Sichtfeld durchgeführt werden. Im Rahmen des vierten Projekts ist die Optimierung der Flat-Panel-Volume-CT hinsichtlich der Darstellung der Cochlea geplant, insbesondere mit Fokus auf Längen- und Volumenbestimmung in einer otologischen Planungssoftware. Zusammenfassend soll durch die Implementierung modifizierter bildgebender Verfahren eine Optimierung der Bildgebung im Rahmen der operativen Hörrehabilitation mit dem Ziel einer Verbesserung des auditiven Rehabilitationsprozesses ermöglicht werden.

Identifizierung von Merkmalen zur Individualisierung der Entscheidung zum Transport in ein geeignetes Krankenhaus in der Notfallversorgung von Patienten mit akutem Schlaganfallverdacht in einer ländlichen Versorgungsregion

Schlaganfälle zählen zu den häufigsten Todesursachen in Industrieländern und führen oft zu dauerhafter Behinderung. Rund 85% der Schlaganfälle sind ischämisch, 15-25% davon mit Großgefäßverschluss (Large Vessel Occlusion, LVO). Randomisierte klinische Studien und Metastudien verdeutlichen nachdrücklich, wie zeitkritisch die Akuttherapie für Patienten mit ischämischem Schlaganfall ist, um Behinderung und Tod zu minimieren. Die systemische Thrombolyse als eine der Akuttherapien kann in allen Stroke Units (SU) durchgeführt werden. Seit 2015 ist für LVO die hocheffektive mechanische Thrombektomie (Number needed to treat 2-3) etabliert, kann aber nur in spezialisierten Zentren erfolgen. Aktuell ist ungeklärt, ob Patienten mit Verdacht auf Schlaganfall unabhängig vom Gefäßstatus in die nächstgelegene lysefähige SU und ggf. sekundär in eine thrombektomiefähige SU gebracht werden sollen (Drip & Ship-Modell) oder anhand prähospitaler Scores ihr Gefäßstatus eingeschätzt und bei Verdacht auf LVO ihr Transport direkt in eine thrombektomiefähige SU erfolgen soll. Fünf große prospektive Studien haben eine Reihe von Skalen validiert, mit dem Ergebnis, dass zumindest zwei Skalen zu prähospitalem Einsatz und Erkennung einer LVO geeignet sind. Noch nicht untersucht sind eine multimediale Vernetzung des Rettungswagens mit Neurologen zur genaueren prähospitalen Evaluation einer LVO und strukturelle Faktoren, die insbesondere die Transportentscheidung des RD beeinflussen können. Zur Schließung dieser Lücke soll das vorliegende Forschungsvorhaben beitragen.

Digitale Strategien zur Prädiktion, Prävention und Behandlung von kinder- und jugendpsychiatrischen Erkrankungen

Zwischen dem Potenzial von digitalen Gesundheitsanwendungen (DiGAs) zur Effizienzsteigerung und der aktuellen Datenlage hinsichtlich deren Einsatz und Wirksamkeit in der Behandlung von Kindern und Jugendlichen besteht eine erhebliche Diskrepanz. 25 der 60 zugelassenen DiGAs werden für die Behandlung von psychischen Erkrankungen eingesetzt. Keine einzige davon ist jedoch für Kinder und Jugendliche zugelassen obwohl gerade diese Generation im Zeitalter der Digitalisierung aufwächst und dementsprechend kaum Implementierungshürden aufweist. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung und Implementierung von innovativen digitalen Lösungsansätze in der Prädiktion, Prävention und Behandlung von kinder- und jugendpsychiatrischen Erkrankungen. Zusätzlich zu einem bereits laufenden Projekt zur digitalen Prävention von frühem Cannabiskonsum sind im Rahmen des Programms zwei Teilprojekte geplant, die zur Steigerung der Therapiesicherheit in der ambulanten Versorgung beitragen sollen. Ziel des ersten Projektes ist die Entwicklung und Testung einer App, die zur Steigerung der Medikamentenadhärenz und -sicherheit in der KJP transdiagnostisch eingesetzt werden kann. Das zweite Teilprojekt dient der Früherkennung von krisenhaften Verläufen anhand von Ecological Momentary Assesment (EMA) bei Patient*innen in psychiatrischer Behandlung. Gemeinsam können diese Daten zum Training eines Algorithmus genutzt werden, der wiederum die Vorhersage von schweren Krankheitsverläufen erlaubt. Perspektivisch soll dieser verwendet werden, um krisenhafte Verläufe abwenden zu können.

Einfluss der Thrombozyten-eigenen Fibrinolyse auf die Entstehung von septischen thromboembolischen Ereignissen bei bakterieller Endokarditis

Als Schlüsselzellen der primären Hämostase sind Thrombozyten wesentlich an der Bildung von Vegetationen bei der bakteriellen Endokarditis beteiligt. Nach Anhaften von Bakterien an vorgeschädigten Herzklappen kommt es dabei zu Fibrin-Bildung und schließlich Aggregation von Thrombozten. Im Verlauf der Erkrankung kann die Vegetation durch partielle Fibrinolyse instabil werden, sodass sich septische Thromben lösen und zu teils fulminanten Organinfarkten führen. Einige Erreger wie Staphylococcus aureus können Fibrinolyse initiieren. Erst kürzlich konnte jedoch gezeigt werden, dass Thrombozyten neben ihrer hämostatischen Funktion durch Freisetzung und Bindung von Plasminogen über einen eigenen Rezeptor ebenfalls fibrinolytische Aktivität auf ihrer Membranoberfläche entfalten. So können sie lokal Fibrinolyse vermitteln. Ob Thrombozyten dadurch zur Entstehung von septischen Thromboembolien bei Endokarditis beitragen oder diese auslösen, ist bislang unklar. Zur Beantwortung dieser Frage soll in einem komplementären, translationalen Ansatz das Fibrinolysepotential von Thrombozyten und ihre Rolle bei der Entstehung von Thromboembolien untersucht werden. Mit Hilfe eines in vitro Endokarditis-Modells wird die Thrombozyten-vermittelte Fibrinolyse innerhalb der Vegetation räumlich und zeitlich visualisiert. Bei einer Endokarditis-Patienten-Kohorte sollen neben dem Thrombozyten-eigenen Fibrinolysepotential auch Risikofaktoren für Thromboembolien untersucht werden. Längerfristiges Ziel ist die Identifizierung von drugable targets zur Verhinderung dieser Komplikation.

Molekulare Differenzierungswege peripherer T-Helfer-Zellen im chronisch entzündeten Gewebe von Patienten mit ANA-positiver Juveniler Idiopathischer Arthritis

Die Juvenile Idiopathische Arthritis (JIA) stellt die häufigste rheumatische Erkrankung im Kindes- und Jugendalter dar. Patienten mit Nachweis Antinukleärer Antikörper (ANA) bilden eine klinisch homogene Subgruppe. Eine eigenständige Pathogenese der ANA+ JIA wird vermutet, ist bislang aber nicht aufgeklärt. Wir konnten zuvor eine Expansion peripherer T-Helfer (TPH) Zellen im Gelenk der ANA+ JIA-Patienten nachweisen. TPH Zellen werden bei Autoimmunerkrankungen als Krankheits-treibende Zellen angesehen, deren Entstehungswege sind auf molekularer Ebene bislang jedoch nicht verstanden.

Ziel des Forschungsvorhabens ist daher die funktionelle Aufklärung der bei der ANA+ JIA für die Differenzierung synovialer TPH-Zellen essentiellen Mechanismen, um dadurch 1. ein tieferes Verständnis für die spezifische Pathogenese dieser Erkrankung zu erhalten und 2. mögliche molekulare Angriffspunkte dieser pathogenen Zellen für die Behandlung von Autoimmunerkrankungen zu identifizieren.

Hierzu sollen anhand von scRNA-Seq-Analysen spezifische Gensignaturen innerhalb des T-Helferzell-Kompartiments identifiziert werden. Mithilfe von RNA Velocity-Analysen und systematischen in silico Knockout-Simulationen sollen potenzielle Schlüsselmoleküle für die Differenzierung in Richtung eines TPH-Effektorprogramms vorhergesagt und anschließend in vitro anhand von funktionellen Assays und CRISPR/Cas9 Knockout-Experimenten überprüft werden. Zusätzlich soll die für die Induktion der TPH Zellen verantwortliche Antigen-präsentierende Zellpopulation identifiziert werden.

G-PLAY - eine Spiel-basierte Lernplattform zum verbesserten Verständnis von Wissenschaft, Lehre, Kommunikation und Qualität im Gesundheitswesen

Die Koloskopie ist essenziell für die Vorsorge, Diagnose und Behandlung von Darmkrebs. Durch Entwicklung einer Online-Plattform soll G-PLAY die Forschung, die Ausbildung und den fachlichen Austausch in der Gastroenterologie mittels Spiel-basierter Wissensvermittlung, sog. Gamification-Ansätze ansprechend und effektiv ergänzen. Daten aus einer multizentrischen Registerstudie zur interventionellen Koloskopie (ColoReg) sollen genutzt werden, um Fallbeispiele zur Verfügung zustellen.G-PLAY würde die bestehende Studie ergänzen und eine optimale Nutzung der Daten fördern.

Derzeit fehlt es jedoch an standardisierten Datenerfassungs-und Analysemethoden. Die standardisiert erfassten Daten unseres Koloskopie-Registers sollen auf unserer Online-Plattform im Rahmen mehrerer Serious Games präsentiert und durch Nutzer jeglichen Ausbildungsstands genutzt werden. Durch den kompetitiven Aspekt verbunden mitmultizentrischen, realitätsnahen Daten soll ein Forum für nachhaltigen Wissenserwerb und fachlichen Austausch entstehen.

Ziele unseres Projektes sind die Evaluation von „Inter-Rater Agreement“ unter Experten, die Schaffung einer Plattform zum Austausch, die Identifikation von Lernstrategien zur standardisierten Befundung, sowie die Entwicklung robuster KI-Systeme zur Dokumentationsunterstützung. Die KI-Systeme haben das Potenzial, das Personal im Gesundheitssystem deutlich zu entlasten und zeitgleich die Befundqualität zu optimieren. Insgesamt glauben wir, dass G-PLAY das Potenzial hat, Qualitätsstandards, Forschung und Ausbildung nachhaltig positiv zu beeinflussen. Bei Erfolg kann das System dank seines modularen Konzepts auf andere Fachbereiche übertragen werden.

Untersuchung der Rolle vasoaktiver Substanzen auf die zerebrale Mikrozirkulation und die Entstehung von Mikrovasospasmen nach experimenteller Subarachnoidalblutung (SAB) mittels direkter in vivo 2-Photonen-Mikroskopie

Die aneurysmatische Subarachnoidalblutung (SAB), meist durch Ruptur eines zerebralen Aneurysmas verursacht, ist eine schwere Erkrankung mit hoher Morbidität und Mortalität. Selbst wenn das rupturierte Aneurysma zeitnah und adäquat behandelt wird, bleibt das Risiko tödlicher Komplikationen in der frühen Phase nach der Blutung hoch. Die zugrundeliegenden Mechanismen der Hirnschädigung durch eine SAB sind nicht vollständig geklärt. Derzeit geht man davon aus, dass die Veränderungen auf Ebene der Mikroumgebung, letztlich, zur Gewebeischämie und zum neuronalen Zelltod führt, die sich letztlich als Infarkt manifestiert. Die Therapie von SAB-Patienten ist meist symptomatisch. Abgesehen vom Aneurysmaverschluss zur Verhinderung einer erneuten Blutung hat nur der Kalziumantagonist Nimodipin nachweislich die Prognose der Patienten verbessert. Um die zerebrale Perfusion zu optimieren und eine Ischämie zu verhindern, bestehen die Hauptziele der SAB-Therapie in der Senkung des intrakraniellen Drucks und der Erhöhung des mittleren arteriellen Blutdrucks. Um einen angemessenen Blutdruck oder sogar eine leichte Hypertonie zu erreichen, ist häufig der Einsatz vasoaktiver Substanzen wie Noradrenalin (NA) erforderlich. Obwohl dieses Therapieschema seit Jahren angewandt wird, gibt es nur sehr wenige klinische und experimentelle Daten, Es ist bisher nicht bekannt, ob systemisch applizierte Vasokonstriktoren möglicherweise auch die zerebrale Mikrozirkualtion konstringieren und dadurch das Gehirn weiter schädigen Ziel des vorliegenden Projekts ist es daher, die Rolle und die Wirkung vasoaktiver Substanzen, in erster Linie NA, auf die zerebrale Mikrozirkulation unter physiologischen Bedingungen sowie ihre Wirkung und Rolle bei der mikrovaskulären Dysfunktion nach experimenteller SAB direkt zu untersuchen.

Segmentierung und Verlaufskontrolle chronischer WUNDEn duRch Künstliche INTelligenz (WUNDERKINT)

Chronische Wunden stellen eine große finanzielle Belastung für das deutsche Gesundheitssystem dar. Zudem ist eine fachgerechte Behandlung nicht flächendeckend verfügbar. Insbesondere ältere immobile Patienten müssen zum Teil große Distanzen überbrücken, was mit viel Aufwand und hohen Transportkosten verbunden ist. Eine fotographische Wunddokumentation kommt bereits heute zum Einsatz, um den Therapieerfolg abschätzen zu können. Eine Bewertung der Fotos erfolgt meist subjektiv durch den Behandler. Die Künstliche Intelligenz (KI) gestützte Erkennung und Segmentierung der Wundfläche bietet die Möglichkeit einer einfachen objektiven Verlaufskontrolle des Therapieerfolges. Komplikationen wie eine Größenzunahme der Wunde oder gar Wundinfekte könnten mit einer solchen KI-unterstützen App früher und besser erkannt werden. Im Rahmen einer prospektiven Studie werden Patienten mit chronischen Wunden mit einer mobilen Anwendung (die durch unsere Kooperationspartner vom Institut für Informatik II entwickelt wird) ausgestattet, um mit dieser eine regelmäßige Wunddokumentation durchzuführen. Mithilfe der App erfolgt eine KI-unterstützte Segmentierung und Evaluation der Wunden und die Patienten erhalten eine Rückmeldung bezüglich des aktuellen Wundstatus. Bei einer Verschlechterung werden die Behandler automatisch informiert. Zusätzlich ist eine teledermatologische Patientenbetreuung via App möglich. Die Aggregation der Bilddateien führt zur frühzeitigen Erkennung von Krankheitsprogression sowie von Wundinfekten. Die mobile Anwendung soll außerdem die Selbstwirksamkeit und Compliance der betroffenen Patienten stärken und zu insgesamt zu einer höheren Abheilungsrate führen. Außerdem sollen die Therapie- und Transportkosten durch die Anwendung der mobilen App für das Gesundheitssystem signifikant reduziert werden.

Emotionale Reaktivität auf Babyschreie und deren neuronale Korrelate bei Schwangeren mit depressiven Symptomen

Bindungserfahrungen in der frühen Kindheit prägen die emotionale und kognitive Entwicklung maßgeblich und frühkindlicher Stress kann langfristige Auswirkungen auf die psychische und physische Gesundheit haben. Ein empathischer Umgang der Mutter mit dem Kind sowie die Mutter-Kind-Bindung wird durch perinatale psychische Erkrankungen der Mutter negativ beeinflusst. In dieser Studie sollen Schwangeren mit und ohne depressive Symptome verschiedene, im Zentrum für vorsprachliche Entwicklung und Entwicklungsstörungen standardisiert vorliegende und zuvor validierte Babyschreie präsentiert werden und die entsprechenden neuronalen Korrelate mittels EEG in Abhängigkeit von der depressiven Symptomatik untersucht werden. Babyschreie sind ein großer Stressor in der postnatalen Periode. Marker für eine erhöhte Reaktivität auf Babyschreie können ein klinisch relevanter Ansatz sein, die individuelle Vulnerabilität für perinatale affektive Erkrankungen besser zu verstehen und können sowohl in der Prävention als auch Therapie perinataler Depressionen und einer unsicheren Mutter-Kind-Bindung eine wichtige Rolle spielen.

Innovative Modelle zur Untersuchung des Zytokinfreisetzungssyndroms in der präklinischen Entwicklung und beim klinischen Einsatz der CAR-T-Zell-Therapie

Zelluläre Immuntherapien, wie Chimäre Antigen Rezeptor (CAR)-T-Zellen, die durch gentechnische Bearbeitung auf Tumorzellerkennung programmiert werden, stellen einen der größten Erfolge der modernen Krebstherapie dar. Während das Spektrum dieser Therapien potenziell erweiterbar wäre, ist deren zügige translationale Entwicklung und breite Anwendbarkeit limitiert durch teils schwere immunologische Nebenwirkungen, wie das  Zytokinfreisetzungssyndrom und die immunzellvermittelte Neurotoxizität. Eine zentrale Herausforderung ist dabei der Mangel an prä-klinischen in vitro und in vivo Testsystemen zur Untersuchung der immunologischen Effekte und Nebenwirkungen der CAR-T-Zellen. In diesem Projekt sollen zuerst unter stufenweisem Einsatz von Immunzell-Kokultur-, Organ-on-chip- und murinen Xenograftmodellen neue Testsysteme zur präklinischen Simulation der immunologischen Effekte von CAR-T-Zellen eingesetzt werden. Anhand dieser sollen Untersuchungen zur Pathogenese der einzelnen immunologischen Prozesse sowie zur Entwicklung neuer prädiktiver Biomarker der Nebenwirkungen dieser Therapien durchgeführt werden. Anschließend sollen die Modelle - neben der verbesserten präklinischen Sicherheitsbewertung und korrelativen Analyse und Diagnostik -auch zur Entwicklung neuer therapeutischer Möglichkeiten zur Behandlung der Nebenwirkungen herangezogen werden. Durch die Entwicklung solcher Modelle kann nicht nur das Verständnis über CAR-T-Zellen, sondern auch anderer Immuntherapien mit bispezifischen T-Zell Antikörpern und Immuncheckpoint Inhibitoren verbessert werden. Perspektivisch kann hierdurch die breitere Anwendbarkeit dieser vielversprechenden Therapien für eine Vielzahl bislang nicht behandelbarer Patienten mit malignen Erkrankungen ermöglicht werden.

Infektiöse Keratitis: Untersuchung der Pathomechanismen im tissue engineered 3D Cornea-Modell zur Entwicklung neuer Therapieansätze

Hintergrund: Infektiöse Keratitiden können das Sehen bedrohen und führen nicht selten zur Enukleation. Selbst nach Abheilung ist die Sehschärfe bei bakteriellen und fungalen Erregern meist durch Hornhautnarben herabgesetzt. Durch zunehmende Resistenzen auf Medikamente wird die Therapie zu einer immer größeren Herausforderung. Fragestellungen: Welche Erreger sind ausschlaggebend für bakterielle und fungale Keratitiden? Welche Pathomechanismen der Infektion der Hornhaut lassen sich für neue Therapieformen ausnutzen? Können neue Materialien als Trägersubstanz für Wirkstoffe die Therapie verbessern? Methodik und Ziele: (1) Die Kenntnis der Resistenzlage erlaubt eine gezieltere Behandlung: Bakterielle und fungale Keratitiden, die in den letzten 10 Jahren in der Augenklinik behandelt wurden, werden keimspezifisch erfasst und auf Resistenzen überprüft. (2) Kenntnis der Pathophysiologie ist Voraussetzung für neue Therapieansätze: In 2D- und 3D-Cornea-Modellen wird die Keratitis mit den wichtigsten Erregern aus (1) simuliert und so Pathogenitätsfaktoren und Invasionsmechanismen identifiziert. (3) Neue Hydrogele werden im 3D-Cornea-Modell auf Zytokompatibilität und topische Applizierbarkeit getestet. Optimierte Hydrogele werden mit bekannten und neuen Wirkstoffen beladen und deren antibakterielle / antimykotische Effektivität im 3D-Cornea-Modell getestet. Erwartete Bedeutung: Dieses Projekt vereint Wissen über Erregerspektren, Erkenntnisse aus deren Verhalten im 3D-Cornea-Modell und Erfahrung mit neuen Biomaterialien – drei ideale Voraussetzungen für die Entwicklung neuer antiinfektiöser Therapieansätze.

Bildnachverarbeitung in der klinischen Routinediagnostik zur Steigerung der radiologischen Befundqualität/-quantität bei Dual-Energy- und Photon-Counting-Computertomografien

Die CT ist seit mehreren Jahrzehnten fest im klinischen Alltag etabliert. Seit einiger Zeit wird auch die Dual-Energy-Technik vermehrt in der klinischen Routine eingesetzt. Die Art und Weise der Umsetzung ist dabei abhängig vom jeweiligen CT-Scanner. Die spektrale Bildgebung mittels Dual-Energy Dual-Source CT ermöglicht aufgrund der parallel akquirierten Bilddaten durch verschiedene Strahlenspektren diverse Nachbearbeitungsmöglichkeiten. Neben der virtuellen Kontrastverstärkung, z.B. bei Becken-Bein- oder Pulmonalarterien-Angiografien, können auch Bildartefakte reduziert werden, wodurch die Beurteilbarkeit erleichtert wird. Hier sollen Vergleiche mit der Digitalen Subtraktionsangiografie als Goldstandard die vielversprechenden Möglichkeiten des Dual-Energy CT belegen. Die Ergebnisse sollen zudem auf die Bilderstellung mittels Dual-Energy Single-Source CT übertragen werden um sie einer noch größeren Mengen an Patienten zugänglich machen zu können. Daneben besteht die Möglichkeit bestimmte Elemente, z.B. Calcium und Iod, aufgrund ihrer spezifischen Röntgenschwächung zu quantifizieren, sodass sie sich konsekutiv virtuell aus dem Bilddatensatz entfernen lassen. So lässt sich beispielsweise nach virtueller „Entfernung" von Calcium im Knochen ein Knochenmarksödem bzw. erhöhte -zellularität abgrenzen. Zur Validierung erfolgt eine prospektive Vergleichsstudie mit der MRT als aktuelle Referenzbildgebung. Zusätzlich ergeben sich durch sogenanntes Spectral-Shaping auch Möglichkeiten zur Reduktion der Strahlendosis, was am Beispiel der Zinn-gefilterten Ultra-Low-Dose Nasennebenhöhlen CT-Bildgebung demonstriert werden soll. Abschließend sollen die zuvor erlangten Erkenntnisse auf die neuartige Photon-Counting-CT-Technik übertragen werden mit dem Vorteil einer höheren Ortsauflösung bei geringerer Strahlenbelastung und intrinsischen spektralen Bildinformation in allen CT-Scans.

Evaluation und Implementierung von mobilen Trackern bei hospitalisierten Patienten zur Steigerung der Patientensicherheit

Zur weiteren Verbesserung der Patientensicherheit müssen zukünftig Fortschritte in der Patientenbetreuung und insbesondere in der Überwachung von Vitalparametern erzielt werden. Dahingehend evaluieren wir Strategien zur Implementierung mobiler, günstiger und flächendeckend einsetzbarer Sensoren (Health Tracker), die zunächst im kontrollierten Umfeld hospitalisierter Patienten etabliert werden und deren Einsatzgebiet sekundär ins periphere häusliche Umfeld erweitert werden soll mit automatisierten Alarmierungssystemen für akute gesundheitliche Verschlechterungen. In verschiedenen klinischen Pilotstudien sollen zunächst aufgrund eingeschränkter Erfahrung im Einsatz dieser Geräte, die aktuellen technischen Voraussetzungen sowie verschiedene Strategien zur Implementierung evaluiert werden. Darauf aufbauend werden Surrogatparameter identifiziert, die für die Früherkennung medizinischer Komplikationen zu Rate gezogen werden können. Zudem sollen mithilfe deskriptiver Analysen postoperative Komplikationsraten näher definiert werden, wie beispielsweise Blutvergiftungen, nächtliche Hypoxien, Herzrhythmusstörungen, Schlafanomalien sowie Einschränkungen in der Mobilität unserer Patienten. Durch diese Analysen soll im letzten Schritt ein Frühwarnsystem auf Grundlage mobiler Sensorik entwickelt werden, dass Ärzt:Innen in der Behandlung ihrer Patienten unterstützt.

Einfluss einer akuten Protein-Phosphatase 1 Aktivierung auf arrhythmogene Trigger im Vorhofflimmern

In der Herzinsuffizienz und im Vorhofflimmern bedingt eine gestörte Balance zellulärer Proteinkinasen und Phosphatasen tiefgreifende Veränderungen des kardiomyozytären Kalziumstoffwechsels. Insbesondere die Entwicklung eines erhöhten diastolischen Kalziumlecks aus dem sarkoplasmatischen Retikulum (SR) durch eine vermehrte Aktivierung der Ca2+/Calmodulin abhängigen Proteinkinase II mit hieraus resultierender Hyperphosphorylierung des Ryanodinrezeptors Typ II kompromittiert die myokardiale Kontraktilität und begünstigt Arrhythmien. Eine pharmakologische Aktivierung der dieser Hyperphosphorylierung entgegenwirkenden zellulären Proteinphosphatase I (PP1) stellt somit einen vielversprechenden Therapieansatz dar.
In diesem Zusammenhang konnte unserer Arbeitsgruppe durch spezifische Aktivierung der PP1 mittels des erstmalig im kardiovaskulären System eingesetzten Peptids PDP3 sowohl im Mausmodell als auch in der terminalen menschlichen Herzinsuffizienz eine signifikante Reduktion des SR Kalziumlecks erzielen. Ziel des aktuellen Forschungsprojekts ist es, mittels der Etablierung eines neuartigen lichtaktivierbaren PP1-aktivierenden Peptids neue mechanistische Einblicke in die Ursachen der gestörten Kalziumhomöostase und erhöhten Arrhythmie-Neigung bei Vorhofflimmern zu gewinnen.

Intestinale Organoide als Modellsystem zur Identifizierung von Pathomechanismen und Therapienansprechen bei Chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen

Chronisch-entzündliche Darmerkrankungen (CED) sind multifaktoriell bedingte, inflammatorische Erkrankungen des Darms, welche unter anderem durch Störungen der epithelialen Darmbarriere charakterisiert sind. Mit der Möglichkeit intestinale Organoide aus CED Patienten zu generieren, steht ein neues zellbasiertes Modell zur Verfügung, um den Beitrag epithelialer Veränderungen bei CED genau zu untersuchen. Vorarbeiten zeigen, dass krankheitstypische Veränderungen in Organoiden aus CED Patienten unter Kulturbedingungen persistieren, was neue Möglichkeiten eröffnet, um die zugrundeliegenden Mechanismen zu verstehen. 
Dieses Projekt hat das Ziel, eine Organoidbank aus gesunden und CED Patienten systematisch aufzubauen, um hieran im Vergleich mit den organtypischen Veränderungen aus Operationspräparaten eine detailliertere Charakterisierung der Persistenz krankheitstypischer Veränderungen vorzunehmen. Es sollen im Organoidmodell mittels verschiedener zellbiologischer Techniken die Mechanismen der veränderten Expression von intestinalen Barriereproteinen untersucht werden. In einem klinisch-therapeutisch orientierten Ansatz soll getestet werden, ob mit intestinalen Organoiden aus CED Patienten eine Prädiktion der Wirksamkeit medikamentöser Therapien möglich ist, um damit einen Weg für eine individualisierte Therapieplanung in CED Patienten zu bereiten. Hierfür soll im nächsten Schritt eine Etablierung der Organoide aus endoskopisch gewonnen Biopsien erfolgen. 
Die langfristigen Ziele dieses Forschungsvorhabens sind ein besseres Verständnis der Pathogenese der CED und damit verbunden die Entwicklung neuer Therapieansätze, sowie die potenzielle Nutzung der intestinalen Organoide in der individuellen Therapie von CED Patienten.

Etablierung eines hybriden in vitro System zur Untersuchung der Pathophysiologie der prä-diabetischen Small Fiber Neuropathie

Bei der Small Fiber Neuropathie (SFN) sind die dünn-bemarkten A-delta und die unbemarkten C-Fasern erkrankt. Betroffene PatientInnen leiden typischerweise unter akralen brennenden Schmerzen sowie Par- und Dysästhesien. Diabetes und Prä-diabetes (impaired glucose tolerance, IGT) sind die Hauptursachen der erworbenen SFN, wobei die Pathomechanismen unverstanden sind. Bisherige Studien fokussieren sich auf die diabetische Neuropathie im Sinne einer Polyneuropathie mit Schädigung der großkalibrigen Nervenfasern z.T. unter Mitbeteiligung der kleinen Nervenfasern und nutzen v.a. Tiermodelle. Die IGT als Ursache einer SFN ist kaum untersucht. Durch das Verständnis der zugrundeliegenden Mechanismen der SFN bei IGT könnten sich völlig neue Wege für die Therapie und gerade auch für die Prävention eröffnen. Ziel meines Projektes ist es, eine ausführliche Charakterisierung der Patientensubgruppe „SFN bei IGT“ vorzunehmen, um typische klinische Zeichen dieser Subkohorte zu erkennen und durch Beurteilung der PatientInnen im Langzeitverlauf Aussagen über Stadien und Fortschreiten der Erkrankung treffen zu können. Ferner avisiere ich, ein hybrides human-murin in vitro System zur Untersuchung der Pathophysiologie von SFN bei IGT zu entwickeln. Dabei strebe ich an, den möglichen Einfluss von Hautzellen zu untersuchen, die in enger Interaktion mit Nozizeptoren stehen. Ferner möchte ich analysieren, inwieweit intermittierend erhöhte Glukosespiegel im Blut Einfluss auf die Anzahl und die elektrische Aktivität sensibler Neurone nehmen. 

Evaluation neuer, targetspezifischer Therapieansätze für die Behandlung von adrenokortikalen Karzinomen im Kindesalter

Adrenokortikale TAdrenokortikale Tumore (ACC) sind seltene, von der Nebennierenrinde ausgehende, maligne Tumore. Die Datenlage zu Diagnostik, Prognose und Therapie ist weltweit limitiert, eine internationale Therapiestudie für Kinder mit ACC existiert ebenso wenig wie eine effektive Therapie. Das 5-Jahres-Überleben ist mit <40% ernüchternd. Es fehlen rationale, gezielte Therapieansätze. Ziel dieses Projektes ist es, das Verständnis von pädiatrischen ACCs zu verbessern und langfristig neue, für diese Altersgruppe zielgerichtete, diagnostische und therapeutische Optionen zu entwickeln. Das Forschungsvorhaben setzt sich aus 3 Teilen zusammen: Teil I mit klinischem Schwerpunkt beinhaltet die kombinierte Auswertung nationaler und internationaler Register hinsichtlich Diagnostik, Prognose und Therapie. Längerfristiges Ziel des klinischen Projektteils ist der Aufbau einer internationalen Therapiestudie, insbesondere für „high-risk“ ACCs. Im Teil II mit klinisch-translationalen Schwerpunkt wird die Wertigkeit von a) Urin-/Plasmasteroidprofilen und b) von liquid biopsies als Diagnose-, Prognose- und Verlaufsparameter untersucht, nicht zuletzt um ggf. gleichwertige Alternativen zu Urindiagnostik, welche insbesondere im Kleinkindesalter schwierig durchführbar ist, zu finden. Im Teil III mit experimentellem Schwerpunkt werden die pathologischen Merkmale von pädiatrischen ACCs erarbeitet, um relevante Tumorsubgruppen zu identifizieren und weiterführend potenziell therapeutisch-nutzbare Targets zu etablieren. Durch die Nutzung des Kölner Target Panels besteht die Möglichkeit einen Überblick über das Mutationsspektrum von pädiatrischen ACCs zu erhalten, für die eine potentielle „targeted therapy“ zur Verfügung steht. Dies soll Grundlage für weitere drittmittelgeförderte zukünftige Forschungsprojekte sein. 

Neurokognitive Korrelate des Methylphenidat bei der Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung

Die Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung (ADHS) ist eine der häufigsten kinder- und jugendpsychiatrische Diagnosen weltweit. Es wird angenommen, dass es dabei unter anderem durch genetische Einflüsse zu präfrontaler und striataler Dysregulation der Botenstoffe Dopamin und Noradrenalin kommt. In letzter Zeit geht man davon aus, dass dopaminerg-regulierte fronto-striatale Interaktionen für eine angemessene Balance von Impulsivität und Aufmerksamkeit notwendig sind. Paradigmen zu kognitiver Inhibition und Motivation vermögen diese Symptomdimensionen zu modellieren.
Wohingegen die klinische Wirksamkeit von Methylphenidat (MPH) belegt ist, ist keineswegs verstanden, welche neurokognitiven Mechanismen der klinischen Wirksamkeit zugrunde liegen. Etwa jede/r 5. Patient/in reagiert nicht oder nur gering auf die MPH-Therapie. Die Therapie ist mit häufigen leichten und seltenen schwerwiegenden Nebenwirkungen assoziiert.
Das Projekt von Hans-Christoph Aster soll einen Beitrag leisten, die Wirkweise von MPH im präfrontalen Kortex und Striatum auf spezifische kognitive und motivationale Prozesse bei ADHS besser zu verstehen. Hierbei sollen mathematische „Reinforcement Learning“ Modelle aus der computationalen Neurowissenschaft, non-invasive Theta-Burst-Stimulation, Machine-Learning Algorithmen und funktionelle MRT/EEG Aufnahmen verwendet werden. Diese Erkenntnisse sollen genutzt werden, um in der Zukunft den Therapieerfolg oder Risiken für potentielle Nebenwirkungen bereits frühzeitig vorhersagen zu können. Neben einer Verbesserung der Therapiesicherheit und Individualisierung der Psychopharmakotherapie werden die geplanten Untersuchungen basale Erkenntnisse über die Pathophysiologie der ADHS liefern.

Evaluation neuer rationaler Therapieansätze für die Behandlung des „Desmoplastic small round cell tumors"

Desmoplastische, klein, rundzellige Tumore sind seltene, aggressive Weichteilsarkome mit Hauptmanifestation in der Abdominalhöhle. Betroffen sind meist männliche Patienten unter 40 Jahren. Charakteristisch für den Tumor ist die t(11;22)(p13;q12) Translokation und das dadurch entstehende EWSR1-WT1 Fusionsgen. Trotz multimodaler Therapieansätze ist das 5-Jahres Überleben mit weniger als 10% ernüchternd. Es fehlen rationale, gezielte Therapieansätze („targeted therapies"). Dieses Projekt setzt sich aus drei Teilen zusammen: Projektteil I mit klinischem Schwerpunkt beinhaltet die Erstellung eines nationalen Registers zu Patientencharakteristika und durchgeführten Therapieregimen bei erwachsenen Patienten. In Kooperation mit der GISG (German Interdisciplinary Sarcoma Group) erfolgte dazu die Integration des Projektes in das online Register GISAR. In Projektteil II erfolgt die Identifikation deregulierter Gensets durch Panel Sequenzierung und die Ermittlung des genomweitem Expressionsprofils an DSRCT Proben. In ersten sequenzierten Tumoren findet sich die definierende Translokation, darüber hinaus jedoch bisher keine weitere typische onkogene Veränderung (z.B. p53, kRAS). In Projektteil III wird mittels eines unbiased „drop-out" Screen nach Genen gesucht, welche für das Überleben und Wachstum von Zellen mit einer EWSR1-WT1 Translokation relevant sind, jedoch nicht für Zellen ohne diese Mutation. Wir erwarten spezifische „synthetisch letale" Interaktionen zu einer EWSR1-WT1 Translokation zu identifizieren. Langfristiges Ziel des Forschungsvorhabens ist das verbesserte Verständnis von Pathogenese und klinischem Verlauf des DSRCT, sowie die Entwicklung einer neuen, rationalen Therapie.

Effekte anti-paranodaler Autoantikörper auf Zelladhäsionsmoleküle des Ranvier’schen Schnürrings

Die Paranodopathie ist eine schwere Form der Immunneuropathie, bei der Autoantikörper gegen die axoglialen Zelladhäsionsmoleküle Contactin-1, Neurofascin-155 und Caspr- 1 in unterschiedlichen IgG-Subklassen vorliegen und zu einer Störung der Schnürringarchitektur führen. Dabei ist der genaue Pathomechanismus bisher unklar. Ziel der Studie ist daher die Analyse des Effektes von anti-paranodalen Antikörpern auf die Protein-Interaktion der paranodalen Zelladhäsionsmoleküle. In-vitro Protein-Interaktionsstudien unter Einfluss aufgereinigter humaner Autoantikörper sollen subklassenabhängige Effekte der Antikörper auf die Protein-Interaktion untersuchen. Über Präinkubation der Autoantikörper an myelinisierten Schwannzell / DRG (dorsal-root ganglion) Kokulturen werden dynamische Veränderungen am Schnürring mittels hochauflösender Mikroskopie untersucht. Des Weiteren soll ein Tiermodell für die Paranodopathie entwickelt werden, an dem die Interaktion der Zelladhäsionsmoleküle sowie die lokale Immunreaktion am Schnürring unter dem Einfluss von Autoantikörpern in vivo untersucht werden können. Die Studie dient dem besseren Krankheitsverständnis der Paranodopathie und eröffnet so möglicherweise zielgerichtete Therapieoptionen für betroffene Patienten.

Definition von Zielstrukturen und Design multispezifischer CAR-T-Zellen gegen Glioblastome

Glioblastome (GBM) als die häufigsten und aggressivsten hirneigenen Tumoren des Erwachsenenalters mit etwa 3000 Neuerkrankungen/ Jahr in Deutschland sind durch ihr invasives Wachstum nur schwer behandelbar. Der aktuelle Therapiestandard umfasst die mikrochirurgische Tumorresektion, gefolgt von einer lokalen Strahlentherapie sowie einer systemischen Chemotherapie mit dem DNA-Alkylanz Temozolomid. Trotz dieses multimodalen Therapieansatzes rezidivieren GBMs regelhaft, die mediane Überlebenszeit beträgt lediglich 14,6 Monate.
Als neuartiges Konzept hat die adoptive Immuntherapie mit T-Zellen, die mit Tumor-spezifischen sog. chimären Antigenrezeptoren (CARs) modifiziert wurden, das Potential sogar in weit fortgeschrittenen Krankheitsstadien ein positives Ansprechen des Tumors herbeizuführen. 2017 wurden CAR-T-Zellen zur Behandlung von B-Zell-Leukämien von der FDA zugelassen. CAR-T-Zell-Konstrukte für GBM werden erst seit kurzem in den USA in Phase 1-Studien getestet. Drei Targets (EGFRvIII, HER2, IL-13Rα2) haben sich dabei bereits als klinisch vielversprechend gezeigt. In dem beantragten Forschungsvorhaben sollen zunächst diese Oberflächenantigene sowie weitere vielversprechende Kandidatenmoleküle auf GBM-Zelllinien und Tumorgewebe quantifiziert und somit die Grundlagen für multispezifische CAR-T-Zell-Konstrukte geschaffen werden, welche die Heterogenität von GBMs widerspiegeln. Es erfolgt dann in einem zweiten Schritt die nonvirale Generierung mono- und multispezifischer CAR-T-Zellen mittels SB-Transposase und deren Optimierung durch den Einsatz von für die jeweiligen Zielmoleküle optimal angepassten Spacer- und Costimulationsdomänen. In einem weiteren Schritt sollen die vielversprechendsten multispezifischen CAR-Kombinationen ihre Wirkung auch im Microenvironment beweisen

Die differenzielle Rolle striato-tegmentaler und vestibulospinaler Netzwerke bei motorischen Störungen im Nagermodell der Parkinsonerkrankung

Morbus Parkinson (MP) ist die zweithäufigste neurodegenerative Erkrankung und betrifft weltweit 2-3% der Bevölkerung über 65 Jahren. Die klassische pathophysiologische Hypothese eines funktionellen Ungleichgewichts dichotomer Schleifen der Basalganglien (BG), ausgelöst durch einen Untergang dopaminerger Neurone der Substantia nigra, wurde zu Gunsten einer komplexen Fehlfunktion kortikostriatothalamischer Regelkreise als Korrelat der Symptomatologie weiterentwickelt. Die Kernsymptome Hypokinesie und Rigor sind heute effektiv mittels dopaminerger Medikation und subthalamischer bzw. pallidaler Tiefer Hirnstimulation (THS) behandelbar. Mit zunehmender Erkrankungsdauer treten jedoch sogenannte axiale Störungen, die Haltung, Gleichgewicht und Gang betreffen, in den Vordergrund. Diese sprechen kaum auf genannte Therapien an und führen zu Stürzen und Immobilität. Als Ursache wird unter anderem eine defizitäre Interaktion der BG mit zentral-vestibulären und lokomotorischen Netzwerken angenommen, die in Hirnstammkernen wie dem Ncl. Pedunculopontinus (PPN) konvergieren. Die Ergebnisse der experimentellen PPN-THS waren uneindeutig, wahrscheinlich aufgrund der komplexen Zytoarchitektur des PPN, der sich aus Neuronen mit differenziellen Konnektivitätsmustern zusammensetzt. Ziel dieses Projekts ist es, mittels semiquantitativer Verhaltensanalyse, Optogenetik und Elektrophysiologie herauszuarbeiten, wie konvergierende basalganglionäre und vestibuläre Signale durch monaaminerge Neurone im PPN integriert werden und differenzielle motorische Verhaltensdimensionen im Nagermodell des MP steuern. Diese mechanistischen Erkenntnisse sollen translationale Grundlagen zur Verbesserung der Behandlungsstrategien axialer Symptome beim M. Parkinson legen.

Biomechanische Evaluation neuer Knochenzemente zur Lösung aktueller Probleme wie fehlende Bohrbarkeit und mechanische Schwäche

Aufgrund des demografischen Wandels der Bevölkerung, welcher mit einer erhöhten Prävalenz von Osteoporose einhergeht, wird ein Anstieg der Frakturen mit füllungsbedürftigem Knochendefekt erwartet. Erschwerend kommt eine schwierige Implantatverankerung im osteoporotischen Knochen hinzu. Die autologe Spongiosatransplantation als Goldstandard ist nicht unbegrenzt quantitativ verfügbar und bei älteren Patienten meist nicht möglich. Eine Komplikationsrate von circa 30 % zeigt darüber hinaus den Bedarf in Unfallchirurgie und Orthopädie an injizierbaren Knochenzementen. Die bislang kommerziell erhältlichen Knochenzemente weisen aber Mängel wie mechanische geringe Belastbarkeit, fehlende Bohrbarkeit und ungewisse Resorption auf. Im beantragten Forschungsvorhaben sollen daher Lösungsmöglichkeiten für die angeführten Probleme erforscht und evaluiert werden: 1) Der im Promotionsprojekt bereits als vielversprechend evaluierte Magnesiumphosphatzement wurde durch Phytinsäure modifiziert und hat damit bohrbare Eigenschaften erhalten. Dieser experimentelle Zement soll nun zur Defektauffüllung für Tibiakopfimpressionsfrakturen verwendet und hierbei biomechanisch gegenüber anderen Knochenzementen evaluiert werden. Ein neues, optisches System zur 3D-Verformungsanalyse wird hierfür kalibriert. 2) Der Magnesiumphosphatzement des Promotionsprojektes weist bei einer niedrigen Viskosität eine hohe primäre Festigkeit auf und eignet sich daher zur Augmentation von Schenkelhalsklingen in Femurköpfen. Mittels Torsions- und Ausrissversuchen soll dieser gegenüber anderen, kommerziellen Zementen evaluiert werden. 3) An der Philosplatte am Humerus soll ebenfalls der Magnesiumphosphatzement gegenüber anderen Zementen biomechanisch an einem 3-Part-Frakturmodell evaluiert werden. 4) An porcinen Calcanei sollen Fadenanker zur Refixation der Achillessehne mittels Magnesiumphosphatzement und Calciumphosphatzement augmentiert werden. 5) Zusätzlich wird die internationale Graftys® Multicenter-Studie betreut und Daten akquiriert, um Informationen über das klinische Outcome und röntgenologische Parameter bezüglich der Einheilung eines klinisch eingesetzten Calciumphosphatzementes zu erlangen.

Bildgebende Diagnostik der Hand

Die biomechanisch gegensätzlichen Anforderungen aus Stabilität und gleichzeitiger Mobilität werden an der Handwurzel durch eine komplexe Anordnung von Gelenken, Bändern und Sehnen auf kleinstem Raum realisiert. Dabei haben in den letzten Jahren technische Verbesserungen bewährter und das Aufkommen neuer radiologischer Verfahren (UHF-MRT, 3D-Tomographie) die bildgebende Diagnostik karpaler Strukturen maßgeblich verändert. Trotzdem verbleiben Defizite bei der Visualisierung kleinster Ligamente und des vitalen Knochenmarks. Mit optimierten Untersuchungsparametern sollen deshalb u.a. 3D-MRT-Sequenzen dergestalt modifiziert werden, dass sie neben einer isotropen Ortsauflösung simultan die intraartikulären Bandstrukturen kontrastreich darstellen. Zudem soll im Rahmen der Osteonekrosen von Skaphoid und Lunatum mithilfe der kontrastverstärkten MRT in einer First-Pass-Perfusionsstudie und nachfolgenden Anreicherungssequenzen die zonale Topographie bestimmt und auf potenzielle interzelluläre Schrankenstörungen geschlossen werden.

Die adaptive Immunantwort nach Myokardinfarkt in Maus und Mensch: Die Interaktion von B- und T-Lymphozyten

Aktuelle Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass Immunprozesse bei kardiovaskulären Erkrankungen und insbesondere beim Myokardinfarkt eine wichtige Rolle spielen. Mittels Depletion verschiedenster Lymphozyten-Populationen konnten denen in vorhergehenden Studien verschiedene Aufgaben in den Phasen von Entzündung, Heilung und „remodeling“ zugeordnet werden. Dabei hat sich herausgestellt, dass CD4⁺ T-Zellen die Heilung nach Infarkt günstig beeinflussen, während B-Lymphozyten und herzspezifische Antikörper für unerwünschte myokardiale Umbauprozesse verantwortlich gemacht werden. Ziel des Projekts ist es nun, die Interaktion zwischen B- und T-Lymphozyten nach Herzinfarkt besser zu verstehen. Dafür sollen verschiedene Mausmodelle verwendet sowie Zelltransfer-Experimente durchgeführt werden. Gleichzeitig werden im Rahmen der Forschungsrotation Auswertungen für die KAMi-Studie (kardiale Antigene im Myokardinfarkt) durchgeführt. Hier zeigt sich auch die Schnittstelle zwischen Klinik und Forschung, da u.a. ein human-murines Mausmodell zum besseren Krankheitsverständnis etabliert werden soll.

Nicht-invasive Charakterisierung der Organbeteiligung sowie Identifizierung prognostischer Faktoren zur frühzeitigen Organresponsebeurteilung bei systemischer Amyloidose mit Fokus auf kardialer (AL-)Amyloidose

Systemische Amyloidose beruht auf der Ablagerung von Proteinen in fibrillärer Form im Gewebe mit resultierender Organdysfunktion. Verursachendes Protein, interindividuell variierendes Muster und Schweregrad der Organbeteiligung bestimmen die „Malignität“ der Erkrankung. Exakte Charakterisierung der Organbeteiligung und frühzeitiges Erkennen einer Organresponse sind essentiell, aber bisherige Parameter unzureichend spezifisch und deshalb defizitär.

Das geplante Projekt charakterisiert am Modell der kardialen AL- und ATTR-Amyloidose systematisch die kardiale Beteiligung mittels innovativer nicht-invasiver Methoden(¹⁸F-Florbetaben-PET-CT, Fibroscan, ¹³C- Atemtests) vergleichend zu konventionellen Methoden. Ziel ist die Verbesserung bisheriger Algorithmen für die Beurteilung von Verlauf und Organresponse sowie die Identifikation von Patientengruppen mit hohem Risiko bzw. Benefit.

Einfluss einer Modulation der Proteintranslation auf das Wachstum kolorektaler Lebermetastasen und die Leberregeneration nach partieller Hepatektomie

Fernmetastasen kolorektaler Karzinome treten präferentiell in der Leber auf. Die gute Regenerationsfähigkeit der Leber erlaubt dabei eine radikale Metastasenchirurgie, nicht zuletzt als zweizeitiges Verfahren, um unmittelbar post resectionem ausreichend funktionsfähiges Restlebergewebe sicherzustellen. Ein Tumorprogress nach dem ersten operativen Schritt verhindert u. U. eine komplettierende Leberresektion. Ziel dieses Projekts ist die Identifikation einer therapeutischen Option zur Limitierung des Metastasenwachstums, ohne die Regenerationsleistung der Leber zu kompromittieren. Eine Modulation der dysregulierten Proteintranslation im Tumorgewebe bietet einen vielversprechenden Ansatz zur Intervention. Mit dem Translationsfaktor eIF2B5 und der eIF4A-Helikase wurden zwei mögliche Zielstrukturen identifiziert. Mithilfe von definierten Mausmodellen soll die Auswirkung der Blockade dieser Moleküle auf das Lebermetastasenwachstum sowie auf die Leberregeneration untersucht werden.

Entwicklung sensitiver Methoden zur Detektion von pathologischem α-Synuclein in Haut, nasalen Abstrichen, Blut und Speichel von Patientinnen und Patienten mit Morbus Parkinson

Die Diagnose eines Morbus Parkinson erfolgt gegenwärtig klinisch, mit einer Genauigkeit von 26-53% in Frühstadien. Es gibt noch keine diagnostische Methode, die der klinischen Diagnose überlegen ist. Das Protein Alpha-Synuclein, das im Zentrum der Pathogenese von M. Parkinson steht, konnte kürzlich auch in peripherem Gewebe, vor allem in dermalen Nervenfasern, nachgewiesen werden. Die bis jetzt etablierten Methoden sind aber für die breite klinische Anwendung weder sensitiv noch praktikabel genug. In dieser Studie werden innovative Methoden der Lichtscheibenfluoreszenzmikroskopie (LSFM) und Seeding Assay (RT-QuIC) für den Nachweis des α-Synucleins etabliert und anschließend an den bereits etablierten Hautproben sowie anderen Geweben, die mit noch niedriger Invasivität entnommen werden können, getestet, sodass eine signifikant genauere und praktikablere Diagnostik entwickelt werden kann.

Evaluation multimodaler Therapieansätze bestehend aus Strahlentherapie und zielgerichteter Therapie beim nicht kleinzelligen Bronchialkarzinom mit und ohne PTEN-Deletion durch Modulation PTEN-abhänginger Signalwege in Zellkultur und im Mausmodell

Die Behandlung des nicht kleinzelligen Bronchialkarzinoms mit multimodalen Therapieansätzen hat in den letzten Jahren sehr an Komplexizität zugenommen, insbesondere durch die zielgerichtete und Immuntherapie. Die experimentelle Erforschung der zielgerichteten Therapie in Kombination mit der Strahlentherapie ist im Tierexperiment mit konventionellen Techniken zeitaufwendig und teuer. Durch Crispr/Cas9 ist es möglich ein einfaches zielgerichtetes in vivo Genediting an mehreren Zielstrukturen neben der Zellkultur auch im adulten Tier durchzuführen. Genmutationen oder Deletionen können besser im Kontext betrachtet und so auch besser auf die Veränderungen im Menschen abgestimmt werden. Neben Entstehung und Charakterisierung solch induzierter nicht kleinzelliger Bronchialkarzinome wird in diesem Projekt auch deren Behandlung mit spezifischen Ansätzen der zielgerichteten Therapie in Kombination mit der Strahlentherapie untersucht. Damit soll langfristig die Translation in individuell optimierte Behandlungsansätze gefunden werden.

Stress-induzierte Dystonie in Mausmodellen der hereditären Dystonien DYT1 und DYT12

Die hereditären Dystonien DYT1 und DYT12 führen zur Entwicklung einer generalisierten Dystonie, der genaue Pathomechanismus ist unklar. Ursächlich werden Veränderungen von Basalganglien und Kleinhirn sowie maladaptive Plastizität vermutet. Des Weiteren wird ein direkter Zusammenhang zwischen Entwicklung der Dystonie und physischem oder psychischem Stressor angenommen. Diese „second-hit“ Hypothese soll bei prädisponierten DYT1 und DYT12-Mausmodellen überprüft werden. Als genetisches DYT1-Modell werden ΔGAG3-Mäuse mit unauffälligem Phänotyp im naiven Zustand eingesetzt. Die Mäuse erhalten eine Quetschläsion des N. ischiadicus und der Phänotyp wird anhand Verhaltensanalysen festgehalten. Durch Infusion des ATP1α3-Blockers Ouabain in Basalganglien und Kleinhirn von Wildtyp-Mäuse wird ein pharmakologisches DYT12-Mausmodell generiert. Eine Gruppe wird repetitiv einem milden motorischen Stress in Form von Pole Test und Rotarod Performance Test unterzogen. Im Anschluss sind neurochemische und struktureller Veränderungen bei DYT1 und DYT12 zu prüfen.

Stathmin - ein Schlüsselmolekül zur Regeneration des sensorischen Epithels der Cochlea?

Weltweit leiden über 360 Millionen Menschen an einer sensorineuralen Schwerhörigkeit. Eine kausale Therapie ist bislang nicht möglich. Der Ort der Schallperzeption ist die Cochlea mit dem sensorischen Epithel des Corti-Organs. Jenes besteht aus Reihen äußerer und innerer Haarzellen und diese umgebenden Stützzellen. Haarzellen sind hochsensitiv gegenüber äußerer Schädigung und beim Menschen und Säugetier nicht regenerativ. Bei einigen Fischarten, Amphibien und Vögeln können sie jedoch durch Proliferation und Konversion aus Stützzellen lebenslang erneuert werden. Ungeklärt ist bislang, weshalb dies beim Menschen nicht geschieht, jedoch besteht die Hoffnung, künftig durch die Aktivierung bestimmter Signalwege eine Regeneration zu ermöglichen. Stathmin, ein Mikrotubuli-interagierendes Molekül, könnte das entscheidende Schlüsselmolekül der Regeneration sein. Es bedingt die Zytoskelett-Integrität und ebenso ist es für die Zellzyklusregulierung verantwortlich. In Vorversuchen der Arbeitsgruppe konnte Stathmin in cochleären Stützzellen nachgewiesen werden. Das Expressionsmuster folgte der Hörreife und bestand bis ins höhere Lebensalter. Ziel des geplanten Projekts ist daher, die in-vitro und in-vivo Analyse einer potentiellen Haarzellregeneration und Hörrehabilitation durch die Modulation von Stathmin als möglichen Schlüsselfaktor der Regeneration des Corti-Organes beim Säugetier und Menschen.

Modulation der Immunantwort durch Spenderantigen-spezifische und polyklonale regulatorische T-Zellen nach allogener Organtransplantation

Die nach Organtransplantation zwingend erforderliche Immunsuppressiva lösen insbesondere in der Daueranwendung schwerwiegende Nebenwirkungen aus und können ein langfristiges Transplantatüberleben nur bedingt sicherstellen. Daher besteht das Ziel darin, durch gezielte Modulation des Immunsystems die Transplantatabstoßung langfristig zu verhindern und eine sog. "immunologische Toleranz" zu induzieren. In diesem Versuchsvorhaben sollen regulatorische T-Zellen zum Einsatz kommen, da diese Zellen in der Lage sind, die Funktion anderer Immunzellen "abzuschalten" und ein verlängertes Transplantatüberleben zu induzieren. Bisher nicht bekannt ist der genaue Wirkort der regulatorischen T-Zellen im Rahmen der Transplantations-Immunreaktion. Es wird vermutet, dass die Immunreaktionen im Transplantat und deren drainierenden Lymphknoten stattfindet. Wir wollen untersuchen, ob Spender-spezifische regulatorische T-Zellen präferentiell in das Transplantat und deren drainierenden Lymphknoten zirkulieren und damit eine verbesserte Wirkung auf das Transplantatüberleben haben. Da jedoch sehr hohe Zellzahlen an regulatorischen T-Zellen notwendig sind, um die gewünschten Effekte zu erzielen, wollen wir zusätzlich klären, ob die Modifikation der regulatorischen T-Zellen durch den CD28-Superagonisten ex vivo zu einer weiteren Steigerung der regulatorischen Effekte führen kann. Da Spender-spezifische regulatorische T-Zellen nur in der Lebendspende eingesetzt werden können, wo der Spender vorher bekannt ist, wollen wir auch die polyklonalen regulatorischen T-Zellen untersuchen. Sollte sich hier ein relevanter Einfluss auf das Transplantatüberleben zeigen, ist langfristig das Ziel regulatorische T-Zellen nicht nur in der Lebendspende - wie aktuell bereits im Rahmen von Phase I klinischen Studien - sondern auch in der postmortalen Organspende einsetzen zu können.