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Intern
Interdisziplinäres Zentrum für Klinische Forschung

IZKF-Clinician Scientists

Geförderte Clinician Scientists

Mit Programmstart am 01. Oktober 2017 wurden die ersten fünf Teilnehmerinnen und Teilnehmer in das Clinician Scientist-Programm aufgenommen. Im Oktober 2018 startete die zweite Kohorte ins Programm. In den kommenden Jahren ist geplant, weiterhin jeweils bis zu fünf Teilnehmerinnen und Teilnehmer in das Programm zu integrieren, sodass sich in Summe dauerhaft eine Gruppe von 15 Clinician Scientists in der Förderung des Programms befindet.

2017 - 2020

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.

2018 - 2021

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.

2019 - 2022

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.

Interaktion kardialer Dynamik und emotionaler Zustände und ihre neuronalen Korrelate im Hirnstamm

Angst- und Panikstörungen sind weitverbreitete psychiatrische Störungsbilder bei denen es zu akuten, emotionalen Zuständen („Emotional States“) kommt. Entscheidend mitbeteiligt an Pathogenese und Symptomatik von Angststörungen ist eine Dysregulation des autonomen Nervensystems. Als periphere Messgröße für autonome Aktivität eignet sich die, aus dem Herzschlag abgeleitete, Herzratenvariabilität (HRV). Obwohl die Herzraten-Analyse in einer Vielzahl klinischer Studien zu Diagnostik und Krankheitsverlauf psychiatrischer Störungen Verwendung findet, fehlt ein neurobiologisches Konzept der State-Integration aversiv-negativer Emotionen und eine verlässliche Korrelation von emotionalen zu kardialen „States“.

Das Zusammenspiel des zentralen und autonomen Nervensystems bei Emotionen negativer Valenz wird hier im Mausmodell untersucht. Mittels Kombination aus elektrokardiografischer Aufzeichnung, sowie verhaltensexperimenteller Paradigmen erfolgt in Mäusen die Korrelation von dynamischen kardialen, sowie verhaltensbiologischen „States“. In einem nächsten Schritt erfolgt die spezifische Aktivierung und Inhibierung beteiligter neuraler Netzwerke mittels optogenetischer Methoden, um Aussagen über Verschaltung zwischen kortikaler und Hirnstamm-modulierter Kontrolle des vagalen Tonus treffen zu können. In einem translationalen Ansatz werden dann humane Herzraten-Daten mit HRV-Analysen der Maus verglichen und so ein zugrundeliegendes Muster von akuten emotionalen States und deren vagaler Aktivität untersucht.
Hierdurch soll schließlich ein genaueres Bild der neuroviszeralen Integration geschaffen werden und im Weiteren eine neurobiologische Basis für die Verwendung von Herzratenvariablität in Prävention, Früherkennung und Diagnostik, sowie für gezielte „circuit-based Therapies“ zur Behandlung von Angsterkrankungen geschaffen werden.

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.