Forschungsprojekte

DFG: Die Rolle des Makrophagen Migrationsinhibierender Faktor (MIF) nach Myokardinfarkt im Mausmodell

• Verantwortliche Wissenschaftler:
  • PD Dr. Christian Bleilevens
  • Prof. Dr. med. Christian Stoppe (Uniklinikum Würzburg)
  • Dr. rer. nat. Josefin Soppert
     
• Herzkreislauferkrankungen, speziell der Myokardinfarkt, gehören zu den häufigsten Todesursachen weltweit und die Standardtherapie eines Herzinfarktes ist eine rasche Wiederherstellung der Durchblutung der verschlossenen Herzkranzgefäße (Reperfusion). Jedoch führt die erneute Durchblutung des zuvor minderdurchbluteten Herzmuskels zu einer zusätzlichen Schädigung. Die Abfolge von Ischämie und Reperfusion (I/R) führt zu einem vermehrten Sterben der Herzmuskelzellen, unmittelbar gefolgt von einer starken Entzündungsreaktion. Das Ausmaß des Zellsterbens und die daraus resultierende Infarktgröße ist nach wie vor ein wichtiger Indikator für das Outcome und steht in direktem Zusammenhang mit der Gesamtmortalität sowie der Hospitalisierung im Falle einer resultierenden Herzinsuffizienz nach einem Infarkt. Viele verschiedene Arten des programmierten Zelltods (Nekroptose, Pyroptose, Ferroptose, Parthanatos) scheinen eine wichtige Rolle bei dem Krankheitsverlauf des reperfundierten Myokardinfarkts zu spielen. Das Zytokin Makrophagen Migrationsinhibierender Faktor (MIF) ist in (fast) allen programmierten Zelltod-Formen involviert und stellt aufgrund seiner einerseits kardioprotektiven als auch entzündungsfördernden Eigenschaften sowie seiner Rolle in der Regulation der Zelltod-Formen ein interessantes therapeutisches Ziel dar. Ein möglicher Modulator von MIF könnte sein löslicher Rezeptor CD74 (sCD74) sein, dessen Einfluss auf MIF und die resultierende Regulation der Zelltod-Formen nach Myokardinfarkt gänzlich unerforscht sind. Daher wird die Rolle von MIF sowie der regulatorische Einfluss von sCD74 auf MIF in der Zelltod-Regulation nach einem induzierten einstündigen Myokardinfarkt und anschließender Reperfusion in Wildtyp-Mäusen sowie Mäusen die kein MIF Protein herstellen können (MIF knockout) untersucht. Die iterative Gabe von sCD74 oder PBS als Kontrolle, zu verschiedenen Zeitpunkten während des Prozesses, soll das Potenzial von sCD74 als möglichen therapeutischen Modulator aufklären.

• Im Rahmen des START-Projekts „Faserbasierte Bioimpedanzmessung von Blut zur Echtzeitüberwachung der Thrombenbildung an Oxygenatormembranen“ werden die Sensorfasern nun in einen miniaturisierten Oxygenator integriert, um die Echtzeitdetektion der Gerinnselbildung an der Oxygenatormembran via Bioimpedanzmessung zu ermöglichen. Die Integration der Sensorfasern in den Oxygenator erfolgt in Kooperation mit dem Institut für Angewandte Medizintechnik (CVE) der RWTH, welches Expertise in der Konzeption und Herstellung individueller Oxygenatoren besitzt. Die Evaluation erfolgt in einem in vitro Testkreislauf unter Verwendung von Humanblut, sowie im Vergleich zur herkömmlichen Druckmessung, um die Möglichkeiten und Grenzen der Bioimpedanzmessung zur Echtzeitdetektion von Blutgerinnseln, zu ermitteln.

Identifikation, geschlechterdifferenzierte Analyse und Einsatz von Ex Vivo mittels Ratten-ECMO gewonnen Extrazellulären Vesikeln in humanen Kardiomyozyten (Rat[EV]2)

• Verantwortlicher Wissenschaftler:
  • Dr. med. Matthias Deininger (OIM)
  • PD Dr. Christian Bleilevens (AN)
  • Prof. Dr. Thomas Breuer (OIM)

Die extrakorporale Membranoxygenierung (ECMO) wird zunehmend im Rahmen der extrakorporalen kardiopulmonalen Reanimation (eCPR) als „Bridge-to-Recovery“-Verfahren eingesetzt. Eine prolongierte Organunterstützung bei eCPR kann jedoch zu metabolischer und inflammatorischer Dysregulation führen, was eine umfassende, globale und kritische Organversorgung erforderlich macht und eine große intensivmedizinische Herausforderung darstellt.

In diesem Kontext gewinnen extrazelluläre Vesikel (EVs) zunehmend an Bedeutung. Sie werden von nahezu allen Zellen zur interzellulären Kommunikation freigesetzt und gelten als vielversprechende Kandidaten für diagnostische und therapeutische Ansätze. Bislang existieren jedoch keine systematischen Studien zur Freisetzung und Zusammensetzung von EVs unter den Bedingungen einer prolongierten, kritischen Organversorgung wie bei eCPR.

Unsere Arbeitsgruppe hat daher ein post-mortales Ratten-ECMO-Modell etabliert, das einen prolongierten, kritischen Multiorganversorgungszustand unter extremen metabolisch-inflammatorischen Bedingungen nachbildet. Dieses Modell bildet die Grundlage für die systematische Untersuchung von EV-Freisetzung und -Fracht unter lebensbedrohlichen Organstress-Bedingungen.

Ribonuklease als neue therapeutische Zielstruktur in der septischen Kardiomyopathie - experimentelles Sepsis Modell in der Maus

• Verantwortlicher Wissenschaftler:
  • PD Dr. med. Lukas Martin (OIM)
  • Dr. rer. nat. Sandra Krämer
  • Dr. rer. medic. Elisabeth Zechendorf (OIM)
  • PD Dr. Christian Bleilevens (AN)

Sepsis ist eine der häufigsten Todesursachen auf Intensivstationen und eng mit dem Auftreten von Multiorganversagen verbunden. Neben der bekannten Lungenbeteiligung rückt zunehmend die septische Kardiomyopathie in den Fokus, eine bisher unzureichend verstandene Komplikation.

Ziel dieses Projekts ist die Etablierung eines standardisierten Mausmodells zur Induktion einer polymikrobiellen Sepsis auf Basis eines zökalen Slurry-Präparats (cecal slurry, CS). Das Modell stellt eine reproduzierbare und weniger belastende Alternative zum klassischen CLP-Modell dar. Hierbei wird der Darminhalt von Spender-Mäusen unter sterilen Bedingungen aufbereitet und intraperitoneal injiziert. Die Tiere werden 24 Stunden lang beobachtet, um Veränderungen der Herzfunktion mittels Echokardiographie sowie biochemische und histologische Marker zu analysieren. Dazu zählen Herzapoptose, Troponin I, CK-MB, BNP und pro- sowie antiinflammatorische Zytokine wie IL-6, IL-10 und TNF. Geschlechtsspezifische Unterschiede werden ebenfalls untersucht.

Im zweiten Teil des Projekts wird die therapeutische Wirkung von RNase 1 getestet. Dieses endogene antimikrobielle Peptid besitzt immunmodulatorische und zellprotektive Eigenschaften. Die Auswertung erfolgt anhand derselben funktionellen, biochemischen und histologischen Parameter wie im ersten Versuchsteil, einschließlich geschlechtsspezifischer Analysen.

Dieses Projekt trägt dazu bei, Mechanismen der septischen Kardiomyopathie besser zu verstehen und die Wirksamkeit potenzieller Therapien unter realistischen experimentellen Bedingungen zu evaluieren.

Virtual Reality (VR) and Augmented Reality (AR) in Medical Education – New Perspectives for Students and Innovative Teaching Methods for Educators

• Verantwortlicher Wissenschaftler:
  • PD Dr. Christian Bleilevens (AN)
  • Martin Lemos (AVMZ)
  • Prof. Dr. Thomas Breuer (OIM)

Die COVID-19-Pandemie hat die digitale Transformation der deutschen medizinischen Fakultäten deutlich beschleunigt. Lehrpläne mussten rasch auf digitale Plattformen angepasst werden, um die Qualität von Lehre und Ausbildung aufrechtzuerhalten. Neben etablierten Videokonferenzlösungen gewinnen Virtual Reality (VR) und Augmented Reality (AR) zunehmend an Bedeutung. Diese Technologien ermöglichen praxisnahes Lernen, reduzieren die Abhängigkeit von erfahrenen Lehrkräften vor Ort und schaffen sichere Übungsumgebungen.

Traditionelle medizinische Ausbildung beruht stark auf Präsenzunterricht, praktischen Übungen und Mentoring. Faktoren wie begrenzte Verfügbarkeit von Ausbildern, Patientensicherheit und Ressourcenknappheit schränken jedoch oft die Ausbildungsmöglichkeiten ein. VR und AR bieten hier Lösungen: Studierende können komplexe Verfahren interaktiv und standardisiert in kontrollierten virtuellen Umgebungen trainieren. Immersive VR erzeugt das Gefühl physischer Präsenz im virtuellen Raum und fördert kognitive, psychomotorische und soziale Fähigkeiten. AR erweitert die reale Umgebung um computergenerierte Inhalte und bereichert so den Lernprozess.

Eine aktuelle systematische Übersichtsarbeit von Tene et al. analysierte 28 Studien zu VR und AR in der medizinischen Ausbildung. Die Ergebnisse zeigen positive Effekte auf die Kompetenzen der Studierenden, wenngleich statistische Signifikanz noch nicht erreicht wurde. Dies unterstreicht das Potenzial immersiver Technologien und den Bedarf an weiterer Forschung.

Darüber hinaus integriert Extended Reality (XR) digitale und reale Lerninhalte, wodurch theoretisches Wissen und klinische Praxis verbunden werden können. Die Verschmelzung digitaler Overlays mit realen Patientenkontakten könnte die klinische Ausbildung, chirurgische Planung und interdisziplinäre Zusammenarbeit revolutionieren. Angesichts des steigenden globalen Bedarfs an medizinischem Personal und prognostizierter Ärztemangel wird der Einsatz immersiver Technologien für eine hochwertige, skalierbare und personalisierte medizinische Ausbildung zunehmend entscheidend.