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 entwickeln und optimieren 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.
