Forschung

Ziel des Exzellenzclusters REBIRTH ist es neue Therapien für schwere angeborene oder erworbene Erkrankungen des Herzens, der Lunge, der Leber und des Blutes zu entwickeln. Um regenerative und rekonstruktive Therapien entwickeln zu können, müssen die selbstheilenden Eigenschaften und Mechanismen des menschlichen Organismus verstanden und erschlossen werden. Dieses Verständnis wird nicht nur die Krankheitsprävention verbessern, sondern auch gezielte Eingriffe im Fall von akuten oder chronischen Erkrankungen ermöglichen. Vier sich ergänzende Forschungsfelder werden im Exzellenzcluster REBIRTH dazui untersucht: die endogene Regeneration, die Gen- und Zelltherapie, die Gewebezucht sowie die Entwicklung biohybride Organe. Die umfassende Erforschung dieser vier Bereiche erfordert ein interdisziplinäres Netzwerk von Biologen, Ingenieuren, Chemikern, Physikern und Medizinern.

Intrinsische Faktoren und Milieu-bedingt kontrollierte Regeneration

Das molekulares Verständnis, wie endogene Mechanismen (intrinsische und Milieu) die Regeneration in gesunden, kranken und alternden Organismen kontrollieren, wird uns zu neuen therapeutischen Zielen für die regenerative Medizin führen. Zu den intrinsischen Mechanismen, die derzeit im Fokus unserer Wissenschaft stehen, gehören Entwicklungsprogramme der Organogenese, Zellzyklusregulation, Zellmigration, Zellsignalling, bösartige Transformationen, Telemoredynamiken und Seneszenz sowie epigenetische (Re)programmierung. 

Die Gentik ist jedoch nicht der einzig relevante Faktor in den komplexen Vorgängen regenerativer Prozesse. Die Epigenetik – im ursprünglichen und erweiterten Sinne – schließt alle regulatorischen Impulse bedingt durch Umwelteinflüsse ein. Im Zusammenhang von Entwicklung und Erkrankung spielen epigenetische Faktoren eine große Rolle. Sie regulieren die Genexpression auf transkriptioneller sowie post-transkriptioneller Ebene. Regenerative Prozesse finden häufig in belasteten, mikrobiologisch kontaminierten oder alternden Umgebungen statt. Dort erzeugen sie Signale, die eventuell während der Embryogenese nicht ablaufen. Gene können daher als Module angesehen werden, deren spezifische Expression und deren Einsatz von den Einflüssen der Mikro- und Makroumgebung abhängig ist. Dieses Konzept von Genen und Milieu als ein gänzlich zusammenhängendes und -wirkendes System ist eine der treibenden Kräfte unseres Programms.

Grundprinzipien und Nebenwirkungen der Zell- und Gewebezucht

Zell- und Gewebezucht könnte häufig notwendig sein, damit Zellen den pathogenen Mechanismen der jeweiligen Erkrankungen wie der Degeneration, Immunität, Infektion oder Ähnlichem entkommen können. Sie können auch zu einer effektiveren Zellteilung, Migration oder Differenzierung des gewünschten Zelltyps führen, als es durch die reine Stimulation von in vivo Regenerationsprozessen möglich wäre. Das therapeutische Surrogat, das durch diese Technik entsteht, muss die jeweilige Funktion ersetzen können. Auch muss dabei die Zerstörung, die vermutlich das Ergebnis einer reinen Nachbildung wäre, verhindert werden. Die Zell- und Gewebezucht könnte daher einen bedingten oder standardmäßig selektiven Vorteil bringen. Die entsprechend veränderten Zellen müssen hierfür in großem Maßstab hergestellt werden können.

Eine Besonderheit des REBIRTH-Konzepts ist, dass wir zum einen neue Ansätze für "cell engineering" (endogene Regeneration, Gen- und Zelltherapien) einführen und uns gleichzeitige das Ziel gesetzt haben, deren funktionale und genetische Tragweite ausführlich zu untersuchen, einschließlich der potenziellen Nebenwirkungen der Zellvermehrung und -reprogrammierung ("regenerative Toxikologie"). Nebenwirkungen der regenerativen Produkte abschätzen und deren Auftreten verhindern zu können, wird eine der wichtigsten Herausforderungen für die Nachhaltigkeit der regenerativen Medizin sein. Daher sollten die Hoffnungen der Öffentlichkeit in Hinblick auf das therapeutische Potenzial nicht überhöht werden. Mit diesem dialektischen Ansatz im Hinterkopf, sind unserer Auffassung nach auch einige Bereiche der Tumorbiologie wie die Identifizierung von Genen, die die zelluläre Selbsterneuerung verstärken oder Mechanismen der genetischen Instabilität relevant für die regenerative Medizin. Wir sind der Überzeugung, dass diese Disziplin ein Zukunft hat: von "cell engineering" bis hin zu dem komplexen Feld der Gewebezucht. Die Gewebezucht stellt dabei die logische Erweiterung der "cell engineering" dar. Die de novo Erzeugung von dreidimensionalen Gewebestrukturen und hybriden Organen basierend auf natürlichen und nanostrukturierten Materialen wird die Wiederherstellung von verlorenem oder unwiderruflich beschädigtem Gewebe ermöglichen. 

Regenerative Therapie kontra Verbesserung („enhancement”)

Im Allgemeinen ist das erste therapeutische Ziel, die Wiederherstellung der Homostase des Körpers mit dem geringsten Aufwand. Ambitioniertere Projekte zielen auf eine vollständige „restitutio ad integrum“ ab. Fraglich aber nicht außer Reichweite sind Ansätze, um die allgemeine Fitness bis hin zu einer „übernatürlichen“ Verbesserung zu steigern. Unser klares Ziel ist es, rekonstruktive Therapien für die klinische Anwendung zu entwickeln, die das reine „enhancement“ ausschließen. 

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