Übersicht Dr. Rusche-Projektförderung

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Jährlich werden etwa 90.000 Herzoperationen in Deutschland durchgeführt, sowohl mit als auch ohne Herz-Lungen-Maschine (HLM). Die HLM ist bei vielen Herzeingriffen unverzichtbar, obwohl sie manchmal unerwünschte Auswirkungen mit sich bringen kann. Gefürchtet ist nach herzchirurgischen Eingriffen mit HLM zum Beispiel das system-inflammatorische Antwortsyndrom (SIRS). Dabei können starke Immunreaktionen auftreten, die zu schwer kontrollierbarer Kreislaufinstabilität und Organfunktionsstörungen führen, möglicherweise mit tödlichen Folgen für Herzpatienten. Gleichzeitig ist inzwischen bekannt, dass die natürliche und intakte Keimbesiedelung des Darms, das Mikrobiom, eine grundlegende, stabilisierende Rolle bei der Regulierung des Immunsystems hat. Diese sogenannte Eubiose kann durch verschiedene Einflüsse gestört werden und in den gesundheitlich ungünstigen Zustand der Dysbiose übergehen. Das Forschungsprojekt will nun den Einfluss einer Herzoperation mit HLM auf das Mikrobiom genauer untersuchen. Diese Erkenntnisse sollen dann mit der Aktivierung verschiedener Entzündungsmechanismen und mit dem Heilungsverlauf nach OP in Zusammenhang gesetzt werden, um so wichtige Hinweise zum Entstehen eines SIRS zu erhalten.

Bei herzchirurgischen Eingriffen ist eine eingeschränkte Leberfunktion ein unabhängiger Risikofaktor für die Sterblichkeit. Die zugrundeliegenden Mechanismen dieses Zusammenhangs sind bisher jedoch unklar. Ziel dieser Arbeit ist es, das Plasma-Metabolom von herzchirurgischen Patienten mit und ohne Leberdysfunktion zu vergleichen, um so Einblicke in die Mechanismen der Entstehung von Vasoplegie und Multi-Organversagen zu erhalten.

Die Herstellung und das Bioengineering von artifiziellen Bypass-Grafts ist nach wie vor eine der größten Herausforderungen in der translationalen kardiovaskulären Medizin. Obwohl eine Vielzahl von perkutanen Interventionen von Koronar- und peripheren Gefäßen zunehmend mit der klassischen Bypassoperation konkurrieren, bleibt weiterhin ein großer Bedarf an kardiovaskulären Bypass-Grafts, auch bedingt durch die zunehmende demografische Alterung der meisten Gesellschaften. Vor dem Hintergrund der dargestellten Problematik hinsichtlich der oftmals mangelnden Verfügbarkeit von kardiovaskulären Bypass-Grafts in der Herz- und Gefäßchirurgie hat das Projekt die Zielsetzung eine neuartige 3D-Bioprinting-Plattform in interdisziplinärer Zusammenarbeit mit der Technischen Fakultät der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel zu entwickeln, mittels 3D-Bioprinting einen biologischen artifiziellen Graft für die auto- sowie allogene Implantation in der Herz- und Gefäßchirurgie herzustellen und die theoretischen und strukturellen Voraussetzungen (GMP-Zertifizierung) für eine translationale Implementierung der Ergebnisse für eine klinischen Anwendung zu schaffen.

Das Behandlungsspektrum für Aortenklappenerkrankungen hat sich in den letzten Jahren verändert. Während vor wenigen Jahren der operative Aortenklappenersatz (AKE) als der Goldstandard für alle Patienten mit Aortenklappenstenose galt, hat sich heute mit der kathetergestützten Aortenklappenimplantation (TAVI) eine weniger invasive Alternative fest etabliert. Neben diesen beiden etablierten Klappenprothesen wird derzeit eine weitere Methode - die Neokuspidalisierung mittels autologem Perikard nach Ozaki - vermehrt durchgeführt. In dem vorliegen Forschungsvorhaben werden verschiedene Aspekte der Ozaki-Prozedur in einem standardisierten in-vitro Setup untersucht.

Im Rahmen des Forschungsprojekts soll eine neuartige Kanüle zur Durchführung von mechanischer Herz-Kreislaufunterstützung (ECLS) entwickelt werden, die eine physiologische Perfusion des Körpers und eine Entlastung des Herzens ermöglicht. Perspektivisch soll über eine klinische Etablierung des Kanülenkonzepts die weiterhin hohe Mortalität (um 50%) bei ECLS-unterstützten Patienten gesenkt werden.

Im Rahmen des Projektes soll ein automatisiertes Verfahren zur Herstellung patientenspezifischer endovaskulärer Gefäßprothesen entwickelt werden. Hierfür werden anhand von CT-Daten individuelle Modelle im 3D-Druckverfahren erzeugt. Anschließend werden diese Modelle im Herstellungsprozess der Prothesen als Werkzeuge zur Größen- und Formgebung verwendet. Abschließende Funktions- und Flusstests sind weitere Bestandteile des Projektes.

Die infektiöse Endokarditis (IE) ist mit einer hohen Morbidität und Mortalität assoziiert. Forschungsprojekte in diesem Bereich sind aufgrund der fehlenden Verfügbarkeit geeigneter Modelle jedoch nur eingeschränkt möglich. Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines in-vitro-Modells der IE, welches die Untersuchung des Wachstums von Bakterienkolonien und Biofilmen an nativen Herzklappen und Herzklappenprothesen ermöglicht. Dieses Modell soll Grundlage für weiterführende Fragestellungen u.a. zur Endokarditis bei Transkatheterklappen sowie die Evaluation katheterbasierter Therapieoptionen der Endokarditis sein

Die Rolle von Diabetes mellitus bei degenerativen Aortenklappen-Erkrankungen sowie die involvierten Mechanismen sind noch immer nicht im Detail bekannt. Es wird jedoch ein regulierender Einfluß der Extrazellulärmatrix in diesem Zusammenhang vermutet. In diesem Projekt soll mittels mehrerer Modelle die Rolle von Proteoglykanen, insbesondere des Biglykan, näher aufgeklärt werden.

Adipositas begünstigt kardiale und mitochondriale Dysfunktion. Ein Cross-Talk epikardialen Fettgewebes und Myokards unter miRNA-Beteiligung besteht. Adipositasabhängige Dysregulation dieser Signalwege besteht bereits in jungen Patienten. Die Rebalancierung kardialer, metabolischer und mitochondrialer Funktionen insbesondere aus Stresssituationen des kardioplegen Herzstillstandes wird durch miRNA-Signale modifiziert werden. miRNA-Profile könnten therapeutsiches Target und Risikostratifikator sein.

Mit Hilfe eines transgenen Mausmodells (Nkx2.5 cardiac enhancer GFP) ist die Identifikation einer adulten, kardial-residenten Stammzellpopulation im postischämischen Herzen gelungen. In dem geschilderten Projekt soll nun das therapeutische Potenzial dieser neu identifizierten Zellpopulation für die Behandlung einer akuten Myokardischämie über eine spezifische, zytokinbasierte Stimulation in-vivo evaluiert werden.

Die Indikation zur chirurgischen Behandlung eines thorakalen Aortenaneurysmas wird heute weitgehend anhand morphometrischer Kriterien gestellt. H ierzu gehören unter anderem absoluter Durchmesser, indizierter angulierter Durchmesser, Z-Score und Grössenprogredienz. Neben Durchmessern und Wachstumsraten ist die mechanische Belastung der Aortenwand in Form von Wandspannung und Scherstress mit erhöhter Rupturgefahr verbunden. Diese mechanischen Parameter können mittels fluss-sensitiver MRT verlässlich global und lokal bestimmt werden. Gerade Patienten mit grenzwertiger Aneurysma-Morphologie würden von einem verlässlichen biologischen Indikator für eine erhöhte Komplikationsgefahr profitieren. Eine chirurgische Patientenselektion anhand verlässlicher biochemischer Parameter für die Virulenz und Gefährlichkeit eines thorakalen Aortenaneurysmas ist derzeit nicht möglich. Ein Serum-Marker, der mit der Rupturgefahr eines Aortenaneurysmas verknüpft ist, würde jedoch eine flächendeckende Risikoabschätzung vieler Patienten und eine bessere Risiko-orientierte Patientenselektion für den Aortenersatz ermöglichen. In der beantragten Studie wollen wir die Frage klären, ob eine Reihe beschriebener Aortenwand-assoziierter Proteine als mögliche Biomarker für eine hohe mechanische Wandbelastung in Aortenaneurysmen in Frage kommen. Es soll zunächst mit Hilfe von fluss-sensitivem MRT globale und lokale OSI (oszillatorischer Scherstress-Index), sowie aortale lokale Wandspannung bei Patienten mit thorakalen Aortenaneurysmen bestimmt werden. Im Anschluss soll eine Reihe von Aortenwand-assoziierten Proteinen im Serum dieser Patienten bestimmt und statistisch quantitativ mit den Befunden der MRT-Untersuchungen korreliert werden.

Patienten mit Erweiterung bzw. Aussackung (Aneurysma) der Hauptschlagader sind von lebensbedrohlichen Komplikationen wie Einriss (Dissektion) oder Zerreißung (Ruptur) der Hauptschlagader bedroht. Mit Hilfe von Computermodellierung und neuen Methoden der 4D-Bildgebung der Hauptschlagader sollen frühzeitig Hochrisiko-Patienten identifiziert und einem vorbeugenden operativen Ersatz der erkrankten Hauptschlagader unterzogen werden können.