Forschungsprojekte

Dr. rer. nat. Fragoulis hat sich mit einer erfolgreichen Bewerbung für die Anschaffung eines Anatomage Tables zu Gunsten der anatomischen Lehre, welche durch Studienbeitragsersatzmittel gefördert werden, durchsetzen können.

Prosperos develops personalized bioactive bone implant for functional recovery

With Prosperos, a large research project is underway, lead by the Maastricht UMC+, in the field of ‘smart’, 3D printed implants for the repair of large bone defects. The research is aimed towards the development of biologically active implants, which can be customised to match the needs of every individual patient. When successful, this will lead to faster revalidation and a reduction in the number of revision surgeries.

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Antimikrobielle Peptide (AP) sind ein wichtiger Bestandteil der angeborenen Immunantwort. Die zwei Hauptfamilien, Defensine und Cathelicidine, scheinen neben der antimikrobiellen Aktivität in immunregulatorische Vorgänge involviert zu sein. In Vorarbeiten konnten wir eine Zunahme der Expression des Cathelicidins CRAMP (cathelin-related antimicrobial peptide) im Zentralen Nervensystem (ZNS) zeigen. Darüber hinaus zeigte sich im Liquor cerebrospinalis von an bakterieller Meningitis erkrankten  Patienten eine deutliche Zunahme des humanen Cathelicidins LL-37 im Vergleich zu gesunden Kontrollpatienten. Die Ziele des Projektes liegen darin, den Verlauf der Entzündungsreaktion zwischen CRAMP-defizienten und Wildtyp-Mäusen nach einer Pneumokokken-Meningitis zu vergleichen. Weiterhin soll mittels primärer Zellkultur aus CRAMP- Informationen über direkte zelluläre Effekte aufgrund des Fehlens von CRAMP auf die Aktivität der Astrozyten als auch Mikrogliazellen gewonnen werden. Die Untersuchungen zur Expression und Funktion von AP kann das Verständnis für die Pathogenese neuroinflammatorischer Prozesse wie z.B. der bakteriellen Meningitis erhöhen. Die daraus resultierenden Erkenntnisse könnten Grundlage für neue adjuvante Behandlungsstrategien der bakteriellen Meningitis liefern.

Eine besondere Problematik im Verlauf der bakteriellen Meningitis besteht neben der immer noch hohen Letalität im Auftreten von Spätschaden in Form von Hörschäden oder kognitiven Defiziten. Interessanterweise kommt es neben dem Neuronenverlust aber auch zu regenerativen Prozessen im ZNS einhergehend mit der Neubildung von Neuronen in bestimmten ZNS-Abschnitten. Mit dem Projekt soll die regenerative Funktion der AP mittels eines Tiermodells der bakteriellen Meningitis untersucht werden. Dazu sollen CRAMP-defiziente und Wildtyp-Mäuse mit dem Meningitiskeim Streptococcus pneumoniae infiziert werden und die Neuroregeneneration im ZNS nach der bakteriellen Infektion verglichen werden. Ferner soll untersucht werden, ob sich die möglicherweise gesteigerte neuroregenerative Aktivität (adulte hippocampale Neurogenese) in neuropsychologischen Verhaltenstests funktionell widerspiegelt.

Die Alzheimer-Demenz ist eine fortschreitende Störung des alternden Gehirns. Sie ist durch den Verlust von Neuronen und unlöslichen Protein-Ansammlungen, den sogenannten Alzheimer-Plaques, aus Amyloid-Protein gekennzeichnet. Bis heute sind die Ursachen und die Schritte der Krankheitsentwicklung nicht geklärt. Insbesondere die Rolle der Zellen neben den Neuronen, den Gliazellen, wird kontrovers diskutiert. Im Verlauf der Alzheimer-Demenz ist eine massive Zunahme und Aktivierung der Gliazellen zu beobachten. Für die Aktivierung der Gliazellen werden verschiedene Rezeptoren, verantwortlich gemacht. In dem Projekt soll die Rolle einer bestimmten Rezeptorfamilie, die der Formyl-Peptid-Rezeptoren (FPR), an der Entwicklung der Entzündungsreaktion im Verlauf der Alzheimer-Erkrankung untersucht werden. Dazu soll einmal der Hauptbestandteil der Alzheimer-Plaques, das Amyloid beta 1-42 in den Hirnabschnitt injiziert werden, welcher mit dem Gedächtnisverlust und Desorientierung während der Alzheimer-Demenz in Verbindung gebracht wird, dem Hippokampus. Dazu werden FPR1- und 2-defiziente und Wildtyp-Mäuse verwendet. Anhand der Injektion soll anschließend die Entzündungsreaktion zwischen den Mauslinien verglichen werden. Darüber hinaus soll mittels primärer Zellkulturen aus den drei Mauslinien Unterschiede zwischen verschiedenen Signalwegen verglichen werden. Insgesamt wollen wir mit unserer Studie zu einem besseren Verständnis der entzündlichen Vorgänge im Verlauf der Alzheimer-Demenz beitragen, um über eine Hemmung der Rezeptoren möglicherweise neue Ansatzpunkte für eine Therapie zu liefern.

Hauptantragstellerin des Projekts ist Frau PD Dr. med. Simone C. Tauber aus der Neurologischen Klinik der Medizinischen Fakultät der RWTH Aachen Universität. Mit dem Projekt sollen die immunmodulatorischen und neuroprotektiven Eigenschaften von CRAMP in einem Mausmodell der Streptococcus pneumoniae Meningitis untersucht werden. Für die Untersuchungen wird den Wildtyp-Mäusen während der bakteriellen Meningitis in den rechten Seitenventrikel über eine osmostische Minipumpe CRAMP oder 0,9% NaCl kontinuierlich injiziert. Wesentliche Ziele des vorliegenden Projekts liegen darin, (i) den Einfluß einer CRAMP-Applikation auf die Sterblichkeit und (ii) die Neuroinflammation im Verlauf der Meningitis zu untersuchen. Weiterhin soll die Folge einer CRAMP-Applikation (iii) auf regenerative Prozesse im Rahmen der hippokampalen Neurogenese nach einer Meningitis untersucht werden. (iiii) Mögliche funktionelle Auswirkungen histologischer Veränderungen sollen durch neuropsychologische Tests überprüft werden. (iiiii) Zusätzlich sollen in vitro unterschiedliche Signaltransduktionswege auf ihre Relevanz in diesem neuroinflammatorischen Zusammenhang untersucht werden.

Ein neues Anwendungsgebiet der ESWT ist die Knochenregeneration. Der Prozess der Osteoregeneration ist einer sehr sensiblen molekularen und zellulären Regulation unterworfen. In etwa 10 % aller Frakturen ist dieser Prozess der Knochenheilung gestört, was zu einer Verlangsamung bis zum Stillstand des Heilungsprozesses führt. Im Rahmen dieses Projektes wird die Wirkung von der EWST auf die Osteoregeneration in einem interdisziplinären Team von Medizinern, Biologen und Ingenieuren untersucht. Neben der therapeutischen, regenerativen Wirkung können Stoßwellen allerdings durch die enorme mechanische Beanspruchung des Gewebes auch eine schädigende Wirkung haben, so dass zum Beispiel Hämatome oder Petechien entstehen können. Die Wahl der richtigen Dosierung ist für einen positiven Effekt somit von entscheidender Bedeutung. Zur Ermittlung von Schwellenwerten der ESWT wird die Reaktion mesenchymaler Stammzellen sowie ausdifferenzierter Osteoblasten und Chondrozyten im in vitro-Modell bei unterschiedlichen Stoßwellenparametern untersucht. Parallel dazu werden in-silico in mikromechanischen Simulationen die auf zellulärer Ebene wirkenden Kräfte und Dehnungen der Zellen bestimmt, um die Behandlungsparameter für einen erfolgreichen Therapieeinsatz zu ermitteln. Die so gewonnen Daten werden zur Validierung im Tiermodell herangezogen.

 

Beteiligte Institutionen/ Kliniken: Klinik für Unfallchirurgie (Univ.-Prof. Dr. C. Pape; PD Dr. P. Lichte); Helmholtz Institut (Univ.-Prof. Dr. Radermacher; PD Dr. M. de la Fuente); Klinik für Nuklearmedizin (Univ.-Prof. Dr. F. Mottaghy; PD Dr. F. Behrendt); Institut für Anatomie und Zellbiologie (Univ.-Prof. Dr. T. Pufe; R. Beckmann)

Die avaskuläre Nekrose des Hüftkopfes (HKN) ist die häufigste Osteonekrose. Sie tritt meist um das 40. Lebensjahr auf. Hierbei stellt vor allem das junge Alter der Patienten die Notwendigkeit einer frühzeitigen Therapie eindeutig dar. Eine mögliche Behandlung des Frühstadiums der HKN ist die Extrakorporale Stoßwellen Therapie (ESWT), die in ersten Studien gute Therapierfolge zeigte. Der zugrundeliegende Wirkmechanismus der Stoßwellen ist bislang jedoch noch weitgehend unbekannt. Im Rahmen dieses Projektes werden die Auswirkungen der Druckamplituden als auch des Zeitverlaufs in vitro auf Zellen des Bewegungsapparates auf RNA- und Proteinebene untersucht. Die in vitro gewonnen Daten werden im Tiermodell verifiziert, um ein besseres Verständnis der Wirkmechanismen zu erhalten, und somit zur Optimierung der therapeutischen Applikation von Stoßwellen beizutragen.

 

Beteiligte Institutionen/ Kliniken: Klinik für Orthopädie (Univ.-Prof. Dr. M. Tingart; PD Dr. B. Rath); Helmholtz Institut (Univ.-Prof. Dr. Radermacher; PD Dr. M. de la Fuente); Klinik für Nuklearmedizin (Univ.-Prof. Dr. F. Mottaghy; PD Dr. F. Behrendt); Institut für Anatomie und Zellbiologie (Univ.-Prof. Dr. T. Pufe; R. Beckmann)

Mit Hilfe des Vorhabens wollen wir eine systematische Untersuchung an Liquorproben von Patienten mit bakterieller Meningitis im Vergleich zu gesunden Kontrollen vornehmen. Dabei soll das Vorhandensein der Vertreter der drei Hauptfamilien der antimikrobiellen Peptiden (Defensine, Cathelizidine und S100-Proteine) erregerspezifisch untersucht werden. Darüber hinaus sollen weitere Liquorparameter wie pro- und anti-inflammatorische Zytokine bestimmt werden, um die Modulation der Immunantwort im Rahmen der unterschiedlichen Pathogene beurteilen zu können. Die Ergebnisse sollen mit den bereits in der Liquordatenbank vorhandenen Routineparametern wie Zellzahl, Protein- und Glukose/Laktatgehalt, intrathekale Immunglobulinsynthese, und auch mit anonymisierten Patientendaten (Alter, Geschlecht, Krankheitsverlauf und Spätschäden) korreliert werden. Wir erhoffen uns damit, mögliche Zusammenhänge zwischen der spezifischen Pathogen-induzierten Immunantwort und dem Verlauf der Erkrankung aufzudecken. Weiterhin soll eruiert werden, ob die AP als Biomarker zur Prognoseabschätzung des Krankheitsverlaufs geeignet sein könnten.