Translational Research Projects

Wiewohl die Verengung oder der Verschluß einer großen Arterie durch chirurgische oder interventionelle Maßnahmen behandelbar ist (zum Beispiel Bypass, Ballonangioplastie oder Stenting), können kleinere Gefäße nicht mit diesen Methoden behandelt werden. Wir schlagen eine komplementäre Therapie vor, die Wachstum und Ausreifung von kleinen Gefäßen induziert, die häufig durch die andauernde Hypoxie und Entzündung bei Diabetes oder Hyperlipidämie leidet. Als Agens zur Induktion des Gefäßwachstums schlagen wir einen adeno-assoziierten Virus vor, der die Gensequenz von MRTF-A beherbergt. Dieser Faktor bewirkt sowohl das Gefäßwachstum als auch die Stabiliserung von Mikrogefäßen. Dieses Agens wird in einem Schweinemodell des Femoralarterien-Verschlusses in gesunden und diabetischen oder hyperlipidämen Tieren eingesetzt. Begleitend werden die Verteilung und Nebenwirkungen von AAV-MRTF-A studiert.

Die vorhandenen Makrophagen-Zelllinien sind daher nicht geeignet, um die Funktion der Gewebemakrophagen zu untersuchen. Ziel des Versuchsvorhabens ist es, eine Zelllinie aus Makrophagen aus dem Dottersack zu generieren, die kultiviert und in Gewebemakrophagen differenziert werden kann. Die Funktionen der Makrophagen unterschiedlichen Ursprungs sollen in vitro und in vivo charakterisiert und verglichen werden

Mittels virtuellem Liganden-Screening (VLS) haben wir verschiedene kleine Moleküle, so genannte TRAF-STOPs identifiziert, die in die CD40-TRAF6-Bindungstasche einpassen. Zwei dieser TRAF-STOP Moleküle zeigten in Mausmodellen eine signifikante Reduktion der Atherosklerose, eine verbesserte Glukosetoleranz und Insulinsensitivität sowie eine Linderung von Multipler Sklerose. In dem vorliegenden Antrag verfolgen wir die Hypothese, dass diese beiden TRAF-STOP-Moleküle geeignete Kandidaten für die translationale Entwicklungskette darstellen, um neue Therapeutika für die Behandlung chronisch-entzündlicher Erkrankungen, insbesondere der Atherosklerose, zu erlangen. Im Rahmen dieses Projektes werden wir daher Dosisfindungs-Studien, toxikologische und pharmakologische Studien zur Bewertung der Sicherheit sowie phamakodynamische Studien durchführen. Weiter werden wir die pharmakologischen Eigenschaften für eine klinische Anwendung verbessern sowie die Spezifität der beiden kleinmolekularen Inhibitoren überprüfen.

Wir konnten in einer Proof-of-Concept-Studie im Minischwein zeigen, dass die gezielte endokardiale Myokardbiospie akuter Läsionen unter Echtzeit-MRT-Bildgebung eine höhere diagnostische Genauigkeit als die ungezielte Biopsie unter Durchleuchtungssteuerung hat. Unser Ziel ist die Weiterentwicklung der gezielten Real-Time MRT-gesteuerten Myokardbiopsie bis hin zur klinisch sicheren und schnellen Methode. Zunächst wird der erste Meilenstein des Projekts gefördert, in dem die mechanischen Eigenschaften eines neuen MR-tauglichen Bioptoms in unserem Tiermodell auf seine Ebenbürtigkeit zur herkömmlichen Biopsie mit einem Stahlbioptom untersucht werden. Bei gleicher prozeduraler Erfolgsrate des neuen MR-tauglichen Bioptoms kann das ganze Projekt mit dem Ziel der Entwicklung zu einer klinisch relevanten Prozedur fortgesetzt werden.

Im Rahmen des Projekts soll das Design des Stents für die Mitralposition weiterentwickelt werden, sodass mit einer neuen ovalen Form eine größere Übereinstimmung mit der natürlichen Anatomie erreicht wird. Zusätzlich zur apikalen Fixierung soll ferner ein weiteres Fixierungssystem entwickelt werden. Mit dieser zusätzlichen Verankerung soll die korrekte anatomische Position des Stents gewährleistet werden

Wenn das Herz erkrankt, binden diese beiden Eiweiße aneinander. In Mäusen, bei denen eine Hemmung der Bindung durch einen genetischen Eingriff herbeigeführt wurde, konnte das Team einen schützenden Effekt vor einer Herzschwäche beobachten.In einem ersten Hochdurchsatzsuchverfahren, das es erlaubt, große Mengen von chemischen Verbindungen zu testen, fanden die Wissenschaftler Hemmstoffe, die die Bindung der beiden Eiweiße verhindern. Zudem konnten sie diese hemmende Eigenschaft auch in Zellen nachweisen und funktionelle Auswirkungen verzeichnen. Diese Ergebnisse legen nahe, dass die Hemmung des Zusammenwirkens von CaMKII und HDAC4 ein vielversprechender therapeutischer Angriffspunkt ist.Gemeinsam mit Experten und Expertinnen aus dem Lead Discovery Center in Dortmund möchte die Projektgruppe in diesem Projekt mit Hilfe eines zweiten Hochdurchsatzsuchverfahrens mehr Kandidaten für diese Hemmstoffe identifizieren. Vielversprechende Kandidaten aus dieser und aus früheren Untersuchungen sollen anschließend über eine Kaskade verschiedener funktioneller Analysen charakterisiert und darauf geprüft werden, ob sie für die weitere Wirkstoffentwicklung in Frage kommen

Die Standardtherapie – ein offener oder katheterbasierter chirurgischer Eingriff, um Gefäßstützen, sogenannte Stents, einzubringen – erfordert ein schnelles Eingreifen, ist mit intensiven Nachbeobachtungen und einer hohen Langzeitkomplikationsrate verbunden. An der Schädigung der Gefäßwand ist neben anderen Faktoren eine Mikro-Ribonukleinsäure, die miR-29b, beteiligt. Mikro-Ribonukleinsäuren sind attraktive Zielstrukturen für therapeutische Ansätze. In früheren Untersuchungen in Tier- und Zellkultur-Modellen konnte das Team zeigen, dass Hemmstoffe, die sich gegen miR-29b richten, die Entstehung der Gefäßaussackungen verhindern können.In diesem Projekt wird die Machbarkeit und Sicherheit in genetisch veränderten Minischweinen geprüft, die als Tiermodell für die Atherosklerose und fortgeschrittene Gefäßerkrankungen dienen. Über einen Medikamenten freisetzenden Ballonkatheter soll der Hemmstoff direkt an die geschädigte Gefäßwand gebracht werden. Damit soll der Nachweis für eine mögliche Therapie erbracht werden, mit der das Fortschreiten von Aneurysmen begrenzt und damit die Gefahr ihrer akuten Ruptur verringert wird

Diese angeborenen Kardiomyopathien können rasch in eine systolische Herzinsuffizienz übergehen und in schweren Fällen innerhalb des ersten Lebensjahres zum Tod führen. Kürzlich haben wir eine langfristige Prävention der Erkrankung mittels MYBPC3-Gentherapie in einem homozygoten Mybpc3-knock-in-Mausmodell gezeigt, welches die Genetik der Erkrankung bei Neugeborenen nachahmt. In Abwesenheit jeglicher therapeutischer Optionen außer der Herztransplantation stellt die Gentherapie die bisher einzige realistische Behandlungsmöglichkeit dar. Unser Ziel ist die MYBPC3-Gentherapie in einem Großtiermodell (Schwein) zu etablieren und damit einen weiteren wichtigen Schritt in Richtung klinische Anwendung zu gehen. Ein solches Schweinemodell, welches auf beiden Allelen des MYB-PC3-Gens jeweils für trunkierte Varianten kodiert und den kardialen Phänotyp einer Neugeborenen-Kardiomyopathie aufzeigt, existiert derzeit noch nicht. Es wird mit Hilfe der CRISPR/Cas9-Technologie, dem somatischen Zellkern- und Embryotransfer generiert. Bei erfolgreicher Entwicklung des Schweinemodells wird anschließend der AAV9-vermittelte, kardiospezifische MYBPC3-Gentransfer angewendet. Wenn das ähnlich erfolgreich ist wie bei den Mäusen, kann diese Therapie vielleicht in absehbarer Zeit bei den kleinen Patienten angewendet werden

Im Rahmen dieses Projekts sollen nun die für eine Erstanwendung im Menschen notwendigen Untersuchungen zu Toxizität und Dosis durchgeführt werden. Werden diese Untersuchungen erfolgreich abgeschlossen, soll der Machbarkeitsnachweis im Patienten erbracht werden, wobei bestimmt werden soll, ob die aufgenommene Menge an 68Ga-Pentixafor mit der Expression von CXCR4 korreliert.

In einem translationalen Ansatz wollen wir CAR als therapeutisches Zielprotein untersuchen und CAR Inhibitoren zur Behandlung von Herzerkrankungen entwickeln. Aufbauend auf unserer ersten Bewertung unterschiedlicher CAR-Inhibitoren werden wir uns auf die Produktion und Validierung eines humanen Anti-CAR-Antikörpers konzentrieren. Damit wollen wir das Überleben von Kardiomyozyten, Umbauprozesse und Pumpfunktion des Herzens verbessern. Diese Arbeiten beinhalten Untersuchungen im Zellkultursystem, die dann im Tiermodell validiert werden.Wir sind davon überzeugt, dass CAR ein hervorragendes therapeutisches Ziel für Herzerkrankungen ist, basierend auf (1) der schützenden Wirkung von CAR-Mangel nach Myokardinfarkt, (2) dem Zugang zu Inhibitoren und (3) dem geringen Umfang unerwünschter Nebenwirkungen bei CAR-Defizit.

Trotz der Fortschritte in den Bildgebungsverfahren im Herz-Kreis-lauf-Bereich gibt es bisher keine bildgebende Methode, um stabile von instabilen Plaques sicher zu unterscheiden.In diesem Projekt geht es darum, ein Hybridsystem für die Anwendung in der ärztlichen Routine zu entwickeln, bei dem Gefäßultraschall und Nah-Infrarotfluoreszenz gekoppelt sind. Mit dem Hybridsystem können molekulare Parameter der Entzündung erfasst werden und gleichzeitig auch der Grad der Durchlässigkeit instabiler Plaques. Diese Technologie soll es erlauben, Patienten zu identifizieren, die ein Risiko für weitere Herz-Kreislauf-Ereignisse tragen und es ermöglichen, frühzeitig mit einer geeigneten Therapie einzugreifen. Die Arbeiten dieses translationalen Projektes beinhalten die Verkleinerung des Katheters für das Hybrid-Bildgebungsverfahren, einen präklinischen Proof-of-Concept, Untersuchungen zur Sicherheit der Technologie und schließlich die Entwicklung eines Prototyps für klinische Studien.

Die kardiale Dekompensation ist eine lebensbedrohende Komplikation der chronischen Herzmuskelschwäche, welche in der überwiegenden Zahl der Fälle eine intensivmedizinische Versorgung erfordert. Die hiermit einhergehende hohe Sterblichkeit sowie die schwerwiegenden Nebenwirkungen der verfügbaren Medikamente zur pharmakologischen Unterstützung der Herzleistung begründen die hohe Dringlichkeit einer neuartigen und sicheren Therapieform zur Herzkraftsteigerung, welche lebensverlängernd wirkt. Unsere Grundlagenforschung zur molekularen Funktionsweise des menschlichen Herzmuskels legte mit der Entdeckung eines neuartigen biologischen Prinzips zur Kontrolle und Steigerung des Herzkraftzyklus durch das Protein S100A1 hierfür den Grundstein. Die Erforschung der molekularen Struktur-Funktionsbeziehung des Herzproteins S100A1 ermöglichte schließlich die Entwicklung einer intravenösen Therapieform in Form eines kurzen, zellpermeablen synthetischen Peptids (S100A1ct) zur komplikationslosen sicheren Steigerung der Herzkraft in zahlreichen klinischrelevanten Tiermodellen. Hiervon ausgehend zielt der erste Entwicklungsschritt dieses translationalen Projektes auf die Definition der therapeutischen Dosis-Wirkungsbeziehung in klinisch relevanten Krankheitsmodellen sowie seine toxikologische Sicherheit und immunologische Unbedenklichkeit, um die regulatorische Grundlage für den Abschluss einer GMP/GLP-basierten präklinischen Entwicklung und Übergang in die klinische Testung zu legen.

Für die erfolgreiche Übertragung dieser Ergebnisse in die klinische Anwendung ist ein Wirksamkeitsnachweis in einem Tiermodell notwendig, der im Rahmen dieses Projekts erbracht werden soll: In Schweinen als Tiermodell für die Herzinsuffizienz wird die Termination von Kammerflimmern durch einen neuartigen Defibrillator im Vergleich zur herkömmlichen Defibrillation untersucht. Diese Ergebnisse bilden die Grundlage zur Vorbereitung einer Studie zur Erstanwendung im Menschen

Hierfür soll die Zusammensetzung der microRNA-Inhibitoren optimiert werden und die erforderlichen pharmakologischen und toxikologischen Untersuchungen durchgeführt werden

Diese können für eine allogene Transplantation eingesetzt werden. Im Modell des Myokardinfarkts in Meerschweinchen konnte gezeigt werden, dass die gezüchteten Herzmuskelstreifen auf kranken Herzen anwachsen und die Herzfunktion verbessern. In diesem Projekt sollen die minimale effektive Größe der Herzmuskelstreifen bestimmt und das Wachstum der künstlichen Zellen und die Größe der Herzmuskelstreifen untersucht werden. Schließlich sollen die Versuche in Schweinen als Tiermodell wiederholt werde

Eine zentrale Herausforderung für die Translation dieses zelltherapeutischen Ansatzes ist der Aufbau und die Validierung der Herzgewebeproduktion gemäß guter Herstellungspraxis (current Good Manufacturing Practice – cGMP). Diese sollte bereits früh im translationalen Prozess entwickelt werden, um Kosten und Variabilität bereits in präklinischen Studien zu reduzieren und eine schnelle Überführung in die klinische Prüfung zu ermöglichen. Die Grundlagen für die cGMP-Herstellung künstlicher Herzgewebe (sogenannten Engineered Heart Muscle – EHM) unter Anwendung von embryonalen und induzierten pluripotenten Stammzellen haben wir bereits entwickelt. Es ist nun das Ziel dieses Projektes, eine cGMP-Produktionskette aufzubauen, und eine Genehmigung der zuständigen Behörden für die Herstellung von EHM für eine erste Sicherheitsstudie in Patienten mit Herzmuskelschwäche zu erlangen

Die Antragsteller haben die Voraussetzungen für die Translation präklinischer Befunde, aus einem Mausmodell mit Herzinsuffizienz aufgrund erhöhter Nachlast (TAC-Modell), in ein Großtiermodell geschaffen, um in eben diesem die Toxizitätsprüfung vornehmen zu können. Wobei dieser Schritt, Proof of Concept, als Voraussetzung für die Translation der erhobenen Ergebnisse auf die Behandlung von Patienten mit Aortenstenose, sowohl bei persistierender Stenose als auch bei persistierender Herzinsuffizienz nach chirurgischer oder interventioneller Behandlung, dient.

Alternde Menschen können Mutationen in Stammzellen entwickeln, die dazu führen, dass sich Klone weißer Blutkörperchen ausbilden. Der Prozess wird als klonale Blutbildung bzw. als klonale Hämatopoese bezeichnet. Die mutierten Blutzellen sind ein Risikofaktor für Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Zudem haben Patienten mit klonaler Blutbildung ein schlechteres Überleben nach operativen Eingriffen. Die zugrundeliegenden Mechanismen sind nur wenig verstanden. Bisherige experimentelle Erkenntnisse stammen hauptsächlich aus Kleintiermodellen, die Krankheitsmechanismen und -auswirkungen beim Menschen oft nur unzureichend abbilden. Wir planen daher die Entwicklung von Schweinen mit einer Stammzellmutation, die zur klonalen Blutbildung führt. Ein solches Großtiermodell soll es ermöglichen, die Bedeutung und Mechanismen der klonalen Blutbildung in Erkrankungen des Herzkreislaufsystems zu charakterisieren und neue Behandlungsmöglichkeiten zu untersuchen.

In Deutschland warten rund 9.500 Menschen auf ein Spenderorgan, aber es gibt jährlich weniger als 1.000 Organspender. Dieser Mangel könnte durch die Transplantation von genetisch angepassten Schweineorganen (Xenotransplantation) ausgeglichen werden. Unsere Forschung hat gezeigt, dass fünf genetische Änderungen notwendig sind, um Schweineherzen für den Menschen kompatibel zu machen. Dazu gehören das Entfernen bestimmter Moleküle, die Abstoßungsreaktionen auslösen, und das Hinzufügen von menschlichen Proteinen, die das Immunsystem und die Blutgerinnung regulieren. Um die passende Größe zu erreichen, verwenden wir speziell gezüchtete Schweine, deren Herzen der Größe menschlicher Herzen entsprechen. Vor der klinischen Anwendung testen wir diese Herzen in präklinischen Studien mit Pavianen. unsere geplante klinische Pilotstudie befindet sich derzeit im Begutachtungsverfahren beim Paul Ehrlich Institut begutachtet.

Herzinsuffizienz mit erhaltener Ejektionsfraktion (HFpEF) betrifft über 50 % aller Herzinsuffizienzpatienten und nimmt in unserer alternden Gesellschaft zu. Ein zentraler Faktor ist die Titin-basierte Steifigkeit, die die diastolische Herzfüllung beeinflusst. Unsere Forschung zeigte, dass die gezielte Hemmung des Titin-Spleißfaktors RBM20 mit Antisense-Oligonukleotiden (ASOs) die diastolische Funktion verbessert, die Herzfüllung anpasst und die Herzgröße normalisiert.

Wir entwickelten ASOs für Maus- und menschliche Modelle und optimieren nun deren gezielte Abgabe ins Herz, um Wirkung und Sicherheit zu verbessern. Diese Ansätze testen wir an Tiermodellen, menschlichen iPSC-Kardiomyozyten und künstlichem Herzgewebe. Präklinische Studien im Göttinger Minischwein bereiten den Weg für klinische Studien in Zusammenarbeit mit dem DZHK und unseren Partnern.