Krankheitsmechanismen & Targets

Im Fokus dieses Forschungsprogramms steht die Analyse molekularer Mechanismen, die an der Entstehung verschiedener Krankheiten, beispielsweise Herz-Kreislauf-Erkrankungen beteiligt sind. Die Erkrankungen haben multifaktorielle Ursachen – genetische Konstellationen spielen ebenso eine Rolle wie Umwelt- und Ernährungseinflüsse. Weil sie bei Patient:innen individuell verlaufen, sprechen diese unterschiedlich auf Therapien an. Um die Pathomechanismen umfassend zu verstehen und die Erkrankungen künftig früher diagnostizieren, mit weniger Nebenwirkungen und individuell besser therapieren zu können, identifizieren Forscher:innen am ISAS potenzielle Zielmoleküle. 

Die Wissenschaftler:innen setzen bei ihrer Grundlagenforschung Methoden ein, die sich keineswegs auf die Genomebene beschränken, sondern auch proteomische und metabolomische Parameter beinhalten. Die Forscher:innen setzen hierfür Multiomics-Verfahren ein und erproben sowie optimieren diese.
Ein Schwerpunkt im Programm »Krankheitsmechanismen & Targets« liegt auf kardiovaskulären Erkrankungen. Hier kann das Institut auf jahrelange analytische Expertise zurückgreifen, darunter umfangreiche Untersuchungen des Thrombozytenproteoms (Blutplättchen-proteoms) sowie die detaillierte Aufklärung von Thrombozytenfunktionsstörungen und molekularen Prozessen bei Herzinsuffizienz (Herzschwäche).  

Molekulare Mechanismen der Herzinsuffizienz

Für viele Erkrankungen des Herz-Kreislauf-Systems sind molekulare Ursachen und der Krankheitsverlauf noch weitestgehend unverstanden. Im Forschungsprogramm »Krankheitsmechanismen & Targets« arbeiten die Wissenschaftler:innen daran, die Diagnostik für Herzschwäche zu verbessern und neue Therapieansätze zu etablieren. Sie kombinieren klassische Methoden der Molekulargenetik und Biochemie mit Hochdurchsatzmethoden. So decken die Forscher:innen am ISAS die ganze Bandbreite der Analyse ab – von der detaillierten Untersuchung einzelner Komponenten bis zur Betrachtung ganzer zellulärer Systeme.

Charakteristische Krankheitsverläufe & Reduktion der Nebenwirkungen

Die Wissenschaftler:innen entwickeln neue Diagnose- und Therapietools zur Differenzierung verschiedener Herzerkrankungen. Dazu arbeiten sie mit transgenen Mäusen. Ziel ist es, spektroskopische Charakteristika von verschiedenen Krankheitsverläufen herauszuarbeiten. Des Weiteren entwickelt und optimiert sie Silizium-basierte Nanocontainer, die eine Herzmuskelzellen-spezifische Applikation von Medikamenten ermöglichen und damit die Nebenwirkungen reduzieren.

Heilungsprozesse im Herzen durch CAP 

Die Forscher:innen untersuchen die Wirkweise kalter atmosphärischer Plasmen (Cold Atmospheric Plasma, CAP) bei der Therapie von Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Solche Plasmen sind bislang vor allem auf dem Gebiet der Wundheilung, der Behandlung von infektiösen Hauterkrankungen, der Zahnheilkunde und der Krebsbehandlung erprobt. Sie könnten die Nitritkonzentration im Blut erhöhen und damit einen kardiovaskulären Risikofaktor verringern.

Bildgebende Verfahren

Jüngst haben die Wissenschaftler:innen die biospektroskopischen Analysen intensiv mittels bildgebender Schwingungsmikroskopie und hochauflösender Mikroskopie weiter vorangetrieben. Mithilfe der optischen Methoden gelang es ihnen, die verschiedenen molekularen Mechanismen der Herzinsuffizienz zu untersuchen und die entsprechenden Krankheiten in frühen Stadien zu diagnostizieren. In Zusammenarbeit mit den Universitäten Würzburg und Duisburg-Essen untersuchten die Wissenschaftler:innen dafür verschiedene Mausmodelle mit genetischen Erkrankungen.

Um das Potenzial von nicht-linearen spektroskopischen Bildgebungsinstrumenten und verschiedenen Assays für die Identifikation von kardialer Beteiligung bei Stoffwechselstörungen und genetisch bedingten Speicherkrankheiten wie Morbus Fabry zu identifizieren, setzten die Forscher:innen 2021 erstmals die Coherent Anti-Stokes Raman Scattering (CARS)-Mikroskopie zur Untersuchung beim Mausmodell ein. Die Analysemethode erwies sich als präzise. Dank der hohen Sensitivität der gewonnen Spektralinformationen und der computergestützten Diagnose ließen sich subtile Veränderungen im Protein-Lipid-Gehalt zwischen Herzgewebe bei Morbus Fabry und Kontrollgewebe mit bis zu 96 Prozent zuverlässig erkennen. Die Diagnose mittels CARS-Mikroskopie birgt damit das Potenzial, die Goldstandard-Histologie und weitere Diagnosemethoden zu unterstützen, um die Beteiligung bestimmter Organe bei Morbus Fabry zu erkennen.

Prof. Dr. Kristina Lorenz

Programmkoordination