Deutsch Intern
Interdisziplinäres Zentrum für Klinische Forschung

Geförderte im IZKF-Bridiging-Programm

Geförderte 2022

Evaluation of cardiometabolic effects of different therapeutic strategies for obesity and associated heart failure with preserved ejection fraction in an animal model

Arterielle Hypertonie und Herzinsuffizienz sind häufige Komorbiditäten der Adipositas. Typischerweise liegt hierbei eine Herzinsuffizienz mit erhaltener Ejektionsfraktion (HFpEF) vor, bei der die Auswurffraktion des Herzens normal, die Füllung des Herzens aufgrund vermehrter Steifigkeit jedoch reduziert ist. Aufgrund der limitierten Behandlungsoptionen führt dies bei den Betroffenen auf Dauer häufig zu gravierenden Einschränkungen. Bis vor wenigen Jahren waren für die HFpEF keine medikamentösen Therapieansätze verfügbar. Inzwischen existieren gute Daten, dass SGLT-2 Inhibitoren und GLP-1 Agonisten das Outcome betroffener Patienten verbessern. Allerdings sind die exakten Wirkweisen nur unzureichend verstanden. Dies soll in einem gemeinsamen Projekt von Endokrinologie und DZHI im Tiermodell mit Diät-induzierter Adipositas und medikamentös induzierter arterieller Hypertonie näher beleuchtet werden. Auf früheren Arbeiten aufbauend, wird außerdem ein medikamentöser Ansatz gewählt, in welchem zwei Inkretinanaloga für die Behandlung der Adipositas kombiniert werden: PYY 3-36 und, als GLP-1 Analogon, Semaglutid. Neben Verhaltens- bzw. Phänotypanalysen und Messung diverser Stoffwechselparameter ist ein umfangreiches kardiales Readout geplant:

1. Messung der Kontraktilität von demembranierten Kardiomyozyten, intakten Kardiomyozyten und vorgedehnten Kardiomyozyten

2. Evaluierung der mitochondrialen Funktion mittels Oroboros-Respirometer, der mitochondrialen Calciumaufnahme mittels Tecan-Reader, der mitochondrialen Kompensationsmechanismen auf oxidativen Stress mittels Electron-Spin-Trapping und ergänzend möglicher prä-mitochondrialer Alterationen mittels Seahorse.

3. Messung der Aktivität von für die Energiegewinnung relevanten Enzymen (Myofilament-Kreatinkinase, mitochondriale Kreatinkinase) sowie deren Oxidierungsstatus mittels OxICAT-labeling

4. Messung der Aktivität von relevanten Enzymen des Krebs-Zyklus (Regeneration von NADH und FADH2: Pyruvat-Dehydrogenase, α-Ketoglutarate-Dehydrogenase, Malat-Dehydogrenease und Aconitasen.

5. Messung kardial relevanter Energiequellen (u.a. β-Hydroxybutyrate) mittels High Resolution Magnetic Angle Spinning (HRMAS) NMR.

6. Extraktion von mRNA und RNA-Sequenzierung.

Ferner erfolgt im Rahmen von Subprojekten ein umfangreiches Organreadout von Leber, Nebennieren, Fettgewebe, Muskulatur und Gehirn.

 

Photon-Counting Computertomographie am muskuloskelettalen System

Die Implementierung der revolutionären „photonenzählenden“ Computertomographie in die bildgebende Diagnostik traumaassoziierter Pathologien des Achsen- und Extremitätenskeletts stellt den zentralen Fokus dieses Forschungsprojekts dar. Zudem soll die neuartige Detektortechnologie auch für die CT-Bildgebung bei Kristallarthropathien und Plasmazellerkrankungen verwendet und ihre theoretischen Vorteile hinsichtlich verbesserter räumlicher Auflösung und spektraler Materialcharakterisierung im Rahmen prospektiver wissenschaftlicher Studien evaluiert werden. Für die Validierung der Photon-Counting-CT kommt neben der Dual-Source-CT mit konventioneller energieintegrierender Detektortechnik auch die MRT zum Einsatz. Die verschiedenen Teilprojekte orientieren sich dabei an für muskuloskelettale Pathologien relevanten Zielparametern bzw. Fragestellungen wie der Darstellung von Knochenmarksödemen für die Detektion und Altersbestimmung okkulter Frakturen oder der kombinierten Nutzung von multienergetischen Rekonstruktionen und iterativen MAR-Algorithmen zur Reduktion von Metallartefakten.

Vergleichende neuronale Untersuchungen im Stammzellmodell des Deletions- und Duplikationssyndrom 22q11.2 (DS22q11) im Deep Phenotyping Ansatz

Deletions- und Duplikationssyndrom 22q11.2 (DS22q11) sind eng verwandte seltene Erkrankungen, welche durch das Fehlen bzw. durch die Verdopplung des Chromosomenabschnitts 22q11.2 entstehen und zu erheblicher körperlicher und neuropsychiatrischer Morbidität führen. DS22q11 ist über die ganze Lebensspanne mit einer stark erhöhten Disposition für neuropsychiatrische Erkrankungen verbunden; von der Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitätsstörung (ADHS), Autismus und Angsterkrankungen in der frühen Kindheit bis zu affektiven Störungen im Erwachsenenalter. Ziel des Projekts ist die präzise und umfassende klinische, zelluläre und molekulare Analyse von phänotypischen Auffälligkeiten. Solche als Deep Phenotyping bezeichneten Ansätze haben zum einen zum Ziel, Untergruppen von Patienten zu finden, welche eine individualmedizinische Behandlung ermöglichen. Zum anderen kann durch Deep Phenotyping bei den Modellerkrankungen Deletionssyndrom und Duplikationssyndrom 22q11.2 das Wissen über neuropsychiatrische Pathomechanismen vom Genotyp zum Phänotyp auch bei nicht-syndromal Erkrankten erweitert werden. Im Rahmen des Bridging-Programms erfolgt die Generierung von kortikalen Neuronenkulturen aus induzierten pluripotenten Stammzellen. Zudem erfolgt der Nachweis der Validität und Reproduzierbarkeit der Zusammensetzung der Zellkulturen auf single-cell Ebene. In einem weiteren Schritt sollen 30 der von DS22q11 gesammelten DNA-Proben mittels whole exome sequencing ausgewertet werden, um die Variabilität des Phänotyps mit dem individuellen Genotyp im Pilotansatz korrelieren zu können.

Targeting bone marrow endothelial cells in cardiovascular disease

[Abstract folgt]

Neurogenese als kausale Behandlung von Hörstörungen:
Untersuchungen eines stammzellbasierten in-vitro Modells der Hörbahn

Die Schwerhörigkeit stellt ein Krankheitsbild dar, von dem weltweit über 460 Millionen Menschen betroffen sind. Die Hörrehabilitation spielt daher eine herausragende Rolle in der Medizin. Obwohl bereits für viele Formen der sensorineuralen Schwerhörigkeit genetische Ursachen identifiziert wurden, konnte ein kurativer Ansatz bislang nicht Einzug in die klinische Praxis finden. In eigenen Vorarbeiten konnten im Bereich der Hörbahn im Tiermodell bereits Ansatzpunkte einer stillen Stammzellnische in mehreren Kerngebieten gefunden werden. Die adulte Neurogenese bietet Potential zur kausalen Behandlung von sensorineuralen Hörstörungen. Ziel des Projektes ist es, aus induzierten, propagierten neuronalen Vorläuferzellen unterschiedlicher Kerngebiete der Hörbahn eine „Neo-Hörbahn“ in-vitro zu rekonstruieren – also die Zelldifferenzierung getrennt voneinander zu induzieren und durch Ko-Kulturen ein neuronales Aussprossen und die Synapsenbildung zu untersuchen. Dieses Modell kann zur Analyse exogen zugeführter Modulatoren der Neurogenese zur Regeneration geschädigter Anteile der peripheren Hörbahn herangezogen werden. Im Fokus stehen insbesondere die Gruppe der Neurotrophine sowie die Signalkaskade des kanonischen Wnt-Signalwegs, welche Einfluss auf die Neuroregeneration und Stammzelldifferenzierung nehmen. Die in-vitro Effekte werden mit einem System zum mikroskopischen Live-Cell-Imaging und Calcium-Imaging in Langzeitkulturen und in Altersabhängigkeit der Hörreife untersucht. Diese Arbeiten sollen die funktionelle Differenzierung und Reife im neuronalen Netzwerk einer „Neo-Hörbahn“ analysieren und können Aufschlüsse über die funktionellen Interaktionen unter exogener Beeinflussung geben.