Beim Projekt »3D-molekulare Pathologie« möchten Forschende den Einfluss von Entzündungszellen auf den Verlauf von Erkrankungen, die massive Immunreaktion auslösen, besser verstehen. Des Weiteren wollen sie die zugrunde liegenden zellulären und molekularen Mechanismen ihrer Entstehung offenlegen.
Sterile Entzündungen, die zum Beispiel im Zusammenhang mit Herzinfarkten, Schlaganfällen, Krebs oder Autoimmunerkrankungen auftreten, können auch ohne direkte äußere Einwirkung massive Entzündungsreaktionen im Körper auslösen. Das Immunsystem geht dabei von einem gut angepassten in einen gestressten oder sogar unkontrollierten und selbstzerstörerischen Zustand über. Typische Merkmale dieses Übergangs sind neben Funktionsänderungen aktivierter Immunzellen auch, dass diese als Entzündungszellen massiv entzündetes Gewebe infiltrieren. Es kann dabei auch vorkommen, dass es zu einer generellen Überreaktion des Immunsystems kommt und der Körper infolgedessen mit Entzündungsmediatoren, sogenannten Zytokinen, geradezu überschwemmt wird. Ein solcher Zytokinsturm kann tödlich enden, wenn nicht eingegriffen wird. Darüber hinaus können Entzündungszellen auch sekundäre Gewebeschäden hervorrufen, welche die pathologischen Effekte noch verstärken.
Allerdings können infiltrierte Immunzellen auch positive Effekte haben. Zum Beispiel spielen sie eine entscheidende Rolle bei der Geweberegeneration nach einem Schlaganfall, bei der Isolierung von Entzündungsherden oder bei der Tumorüberwachung und -kontrolle. Um die Rolle, die eine Immunreaktion bei einer sterilen Entzündung spielt, beurteilen zu können, ist es demnach auch wichtig, den molekularen Kontext zu betrachten.
Molekulare Charakterisierung von Entzündungen für optimierte Therapien
Welche lokalen und systemischen Faktoren beeinflussen die Entzündungszellen? Lässt sich die Infiltration dieser Immunzellen in betroffenes Gewebe gezielt steuern? Und können aus ihrem Funktionszustand Rückschlüsse auf den Gesundheitszustand des Organismus gezogen werden? Um diese Fragen zu beantworten, lösen die Wissenschaftler:innen verschiedene Krankheitszustände in Tiermodellen aus oder untersuchen Zellen von betroffenen Patient:innen. Moderne Mikroskopie macht eine 3D-Analyse der entzündeten Gewebe sowie der zirkulierenden oder infiltrierten Immunzellen möglich. Mithilfe der Durchflusszytometrie, Massenspektrometrie (MS) und MS-basierter Bildgebung können die Zellen und Gewebe im Anschluss weiter molekular charakterisiert werden.
In Kooperation mit dem Universitätsklinikum Essen analysieren die Wissenschaftler:innen auch die Reaktion der Immunzellen auf vergleichbare Auslöser in Humanproben. In ihren translationalen Studien untersuchen die Forschenden die Reaktion menschlicher Immunzellen auf vergleichbare Auslöser oder Wirkstoffbibliotheken. Die Daten werden unter Einsatz künstlicher Intelligenz analysiert und visualisiert. Basierend auf den Ergebnissen will das Projektteam mögliche neue Angriffspunkte (Targets) für die Therapie, beispielsweise von Krebserkrankungen, Schlaganfall oder Herzinfarkt identifizieren und Ansätze für neuartige Behandlungsmöglichkeiten entwickeln.
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