Herz- und Lungenforschung

Forschen für die Gesundheit von Herz und Lunge

Herz und Lunge interagieren in einem komplexen Zusammenspiel. Beide Systeme werden von teils gleichartigen Risikofaktoren beeinflusst und pathogene molekulare Mechanismen wie beispielsweise Organfibrosen überschneiden sich. Die Erkrankungen von Herz und Lunge spielen aufgrund einer hohen Morbidität und Mortalität gesundheitsökonomisch eine bedeutende Rolle.

Eine synergetische Weiterentwicklung

Mittels Kernspintomographie untersuchten Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer ITEM die Auswirkungen des Medikaments auf die Herzfunktion im CRC Hannover.
© Fraunhofer ITEM

Mit der Etablierung eines universitätsnahen Bereichs für kardiovaskuläre Forschung im Jahr 2021 entstehen neue methodische und wissenschaftliche Schnittmengen am Fraunhofer ITEM. Die langjährige Expertise auf dem Gebiet der Lungenforschung erfährt dadurch eine synergetische Weiterentwicklung mit hoher klinischer Relevanz. Insbesondere an RNA-Molekülen als Biomarker für die Diagnostik und als therapeutisches Ziel wird sehr erfolgreich für Patientinnen und Patienten mit Herz- und Lungenkrankheiten geforscht. Eine besondere Bedeutung für die RNA-Forschung hat die computergestützte translationale Bioinformatik, die zur Vorhersage molekularer Mechanismen auf der Basis von RNA-Molekülen angewendet wird. Aktuell erschließen die Forschenden das Potenzial von RNA-Molekülen für die Überprüfung der Toxikologie und Wirksamkeit von Arzneistoffen. 

Von der Idee zum Proof-of-Concept

© Fraunhofer ITEM
Im Rahmen der klinischen Forschung ermöglichen die ITEM-Forschenden eine direkte Übertragung der Erkenntnisse auf den Menschen, beispielsweise mithilfe der Chipzytometrie und Analysen der ausgeatmeten Luft.

Um effizient Ideen aus der Forschung in klinisch anwendbare Therapieoptionen zu überführen, nutzen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler geeignete, teils eigens entwickelte Expositionssysteme und innovative, patientennahe Modellsysteme. Sie verwenden die gewonnenen Daten zur Weiterentwicklung und Verfeinerung ihrer Modellierungsansätze, um In-vitro-Ergebnisse oder -Beobachtungen qualitativ und quantitativ auf eine erwartete In-vivo-Wirkung beim Menschen zu übertragen. Am Institut werden Wirkungen und Nebenwirkungen von Medikamentenkandidaten geprüft und so der Proof-of-Concept – also der Nachweis des Wirkprinzips – beim Menschen erreicht. 

Herz- und Lungenforschung: Aktuelle Projekte und Highlights

 

Pharmakokinetik der Lunge

Eine klinische Bewertung von inhalativen und systemischen Medikamenten direkt aus der menschlichen Lunge.

RNA-Therapeutika entwickeln

Im Fraunhofer Cluster of Excellence Immune-Mediated Diseases CIMD sollen innovative RNA-Therapeutika entwickelt werden.

Alternative zu Tiermodellen

Die Relevanz von humanbasierten Prüfmodellen für Herzerkrankungen zeigt ein Positionspapier Europäischen Gesellschaft für Kardiologie. 

 

Präzisionsschnitte der Lunge

Mithilfe sogenannter Precision Cut Lung Slices (PCLS) können frühe Ereignisse bei der Entstehung von Atemwegserkrankungen am menschlichen Lungengewebe erforscht werden.

 

Immun-Check für die Lunge

Mit der Chipzytometrie wurde am Fraunhofer ITEM ein Verfahren etabliert mit dem Immunzellen der Lunge charakterisiert werden, die sich über Monate lagern und weiter untersuchen lassen. 

Publikationen

  • Arbustini, E., Behr, E. R., Carrier, L., van Duijn, C., Evans, P., Favalli, V., van der Harst, P., Haugaa, K. H., Jondeau, G., Kaab, S., Kaski, J. P., Kavousi, M., Loeys, B., Pantazis, A., Pinto, Y., Schunkert, H., Di Toro, A., Thum, T., Urtis, M., Waltenberger, J., Elliott, P. (2022). Interpretation and actionability of genetic variants in cardiomyopathies: a position statement from the European Society of Cardiology Council on cardiovascular genomics. European Heart Journal [Epub ahead of print]: 17 p. doi: 10.1093/eurheartj/ehab895 https://academic.oup.com/eurheartj/advance-article/doi/10.1093/eurheartj/ehab895/6516788  - Open Access
  • Badi, Y. E., Pavel, A. B., Pavlidis, S., Riley, J. H., Bates, S., Kermani, N. Z., Knowles, R., Kolmert, J., Wheelock, C. E., Worsley, S., Uddin, M., Alving, K., Bakke, P. S., Behndig, A., Caruso, M., Chanez, P., Fleming, L. J., Fowler, S. J., Frey, U., Howarth, P., Horvath, I., Krug, N., Maitland-van der Zee, A. H., Montuschi, P., Roberts, G., Sanak, M., Shaw, D. E., Singer, F., Sterk, P. J., Djukanovic, R., Dahlen, S. E., Guo, Y. K., Chung, K. F., Guttman-Yassky, E., Adcock, I. M., Group, U. B. S. (2022). Mapping atopic dermatitis and anti-IL-22 response signatures to type 2-low severe neutrophilic asthma. Journal of Allergy and Clinical Immunology 149(1): 89-101. doi: 10.1016/j.jaci.2021.04.010 https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0091674921006485?via%3Dihub
  • Bei, Y., Lu, D., Bar, C., Chatterjee, S., Costa, A., Riedel, I., Mooren, F. C., Zhu, Y., Huang, Z., Wei, M., Hu, M., Liu, S., Yu, P., Wang, K., Thum, T., Xiao, J. (2022). miR-486 attenuates cardiac ischemia/reperfusion injury and mediates the beneficial effect of exercise for myocardial protection. Molecular Therapy 30(4): 1675-1691. doi: 10.1016/j.ymthe.2022.01.031 https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1525001622000314?via%3Dihub -
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  • Carstensen, S., Benediktus, E., Litzenburger, T., Hohlfeld, J. M., Muller, M. (2022). Basophil activation test: Assay precision and BI 1002494 SYK inhibition in healthy and mild asthmatics. Cytometry A 101(1): 86-94. doi: 10.1002/cyto.a.24338 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cyto.a.24338  - Open Access
  • Costa, A., Cushman, S., Haubner, B. J., Derda, A. A., Thum, T., Bar, C. (2022). Neonatal injury models: integral tools to decipher the molecular basis of cardiac regeneration. Basic Research in Cardiology 117(1): 26. doi: 10.1007/s00395-022-00931-w https://link.springer.com/article/10.1007/s00395-022-00931-w - Open Access
  • Davidson, S. M., Boulanger, C. M., Aikawa, E., Badimon, L., Barile, L., Binder, C. J., Brisson, A., Buzas, E., Emanueli, C., Jansen, F., Katsur, M., Lacroix, R., Lim, S. K., Mackman, N., Mayr, M., Menasche, P., Nieuwland, R., Sahoo, S., Takov, K., Thum, T., Vader, P., Wauben, M. H. M., Witwer, K., Sluijter, J. P. G. (2022). Methods for the identification and characterization of extracellular vesicles in cardiovascular studies - from exosomes to microvesicles. Cardiovascular Research [Epub ahead of print]. doi: 10.1093/cvr/cvac031 https://academic.oup.com/cardiovascres/advance-article-abstract/doi/10.1093/cvr/cvac031/6553781?redirectedFrom=fulltext
  • de Boer, R. A., Heymans, S., Backs, J., Carrier, L., Coats, A. J. S., Dimmeler, S., Eschenhagen, T., Filippatos, G., Gepstein, L., Hulot, J. S., Knoll, R., Kupatt, C., Linke, W. A., Seidman, C. E., Tocchetti, C. G., van der Velden, J., Walsh, R., Seferovic, P. M., Thum, T. (2022). Targeted therapies in genetic dilated and hypertrophic cardiomyopathies: from molecular mechanisms to therapeutic targets. A position paper from the Heart Failure Association (HFA) and the Working Group on Myocardial Function of the European Society of Cardiology (ESC). European Journal of Heart Failure 24(3): 406-420. doi: 10.1002/ejhf.2414 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ejhf.2414 - Open Access
  • De Sadeleer, L. J., Verleden, S. E., Schupp, J. C., McDonough, J. E., Goos, T., Yserbyt, J., Bargagli, E., Rottoli, P., Kaminski, N., Prasse, A., Wuyts, W. A. (2022). BAL Transcriptomes Characterize Idiopathic Pulmonary Fibrosis Endotypes With Prognostic Impact. Chest [Epub ahead of print]. doi: 10.1016/j.chest.2021.12.668 https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0012369222000538?via%3Dihub
  • Gonzalez, A., Richards, A. M., de Boer, R. A., Thum, T., Arfsten, H., Hulsmann, M., Falcao-Pires, I., Diez, J., Foo, R. S. Y., Chan, M. Y., Aimo, A., Anene-Nzelu, C. G., Abdelhamid, M., Adamopoulos, S., Anker, S. D., Belenkov, Y., Gal, T. B., Cohen-Solal, A., Bohm, M., Chioncel, O., Delgado, V., Emdin, M., Jankowska, E. A., Gustafsson, F., Hill, L., Jaarsma, T., Januzzi, J. L., Jhund, P. S., Lopatin, Y., Lund, L. H., Metra, M., Milicic, D., Moura, B., Mueller, C., Mullens, W., Nunez, J., Piepoli, M. F., Rakisheva, A., Ristic, A. D., Rossignol, P., Savarese, G., Tocchetti, C. G., Van Linthout, S., Volterrani, M., Seferovic, P., Rosano, G., Coats, A. J. S., Bayes-Genis, A. (2022). Cardiac remodelling - Part 1: From cells and tissues to circulating biomarkers. A review from the Study Group on Biomarkers of the Heart Failure Association of the European Society of Cardiology. European Journal of Heart Failure [Epub ahead of print]. doi: 10.1002/ejhf.2493 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ejhf.2493  - Open Access
  • Heratizadeh, A., Roesner, L. M., Traidl, S., Moitinho-Silva, L., Ellinghusen, B., Rodriguez, E., Harder, I., Sapak, M., Weidinger, S., Badorrek, P., Hohlfeld, J. M., Werfel, T. (2022). Basic skin therapy effects on skin inflammation and microbiome composition in patients with atopic dermatitis after challenges with grass pollen. Journal of the European Academy of Dermatology and Venereology [Epub ahead of print]. doi: 10.1111/jdv.17966 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jdv.17966
  • Herrera, V. L. M., Walkey, A. J., Nguyen, M. Q., Gromisch, C. M., Mosaddhegi, J. Z., Gromisch, M. S., Jundi, B., Lukassen, S., Carstensen, S., Denis, R., Belkina, A. C., Baron, R. M., Pinilla-Vera, M., Mueller, M., Kimberly, W. T., Goldstein, J. N., Lehmann, I., Shih, A. R., Eils, R., Levy, B. D., Ruiz-Opazo, N. (2022). A targetable 'rogue' neutrophil-subset, [CD11b+DEspR+] immunotype, is associated with severity and mortality in acute respiratory distress syndrome (ARDS) and COVID-19-ARDS. Scientific Reports 12(1): 5583. doi: 10.1038/s41598-022-09343-1 https://www.nature.com/articles/s41598-022-09343-1  - Open Access
  • Hoda, U., Pavlidis, S., Bansal, A. T., Takahashi, K., Hu, S., Ng Kee Kwong, F., Rossios, C., Sun, K., Bhavsar, P., Loza, M., Baribaud, F., Chanez, P., Fowler, S. J., Horvath, I., Montuschi, P., Singer, F., Musial, J., Dahlen, B., Krug, N., Sandstrom, T., Shaw, D. E., Lutter, R., Fleming, L. J., Howarth, P. H., Caruso, M., Sousa, A. R., Corfield, J., Auffray, C., De Meulder, B., Lefaudeux, D., Dahlen, S. E., Djukanovic, R., Sterk, P. J., Guo, Y., Adcock, I. M., Chung, K. F., group, U. B. s. (2022). Clinical and transcriptomic features of persistent exacerbation-prone severe asthma in U-BIOPRED cohort. Clin Transl Med 12(4): e816. doi: 10.1002/ctm2.816 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ctm2.816  - Open Access
  • Holz, O., Muller, M., Carstensen, S., Olin, A. C., Hohlfeld, J. M. (2022). Inflammatory cytokines can be monitored in exhaled breath particles following segmental and inhalation endotoxin challenge in healthy volunteers. Scientific Reports 12(1): 5620. doi: 10.1038/s41598-022-09399-z https://www.nature.com/articles/s41598-022-09399-z - Open Access
  • Holz, O., van Vorstenbosch, R., Guenther, F., Schuchardt, S., Trinkmann, F., van Schooten, F. J., Smolinska, A., Hohlfeld, J. M. (2022). Changes of breath volatile organic compounds in healthy volunteers following segmental and inhalation endotoxin challenge. Journal of Breath Research 16(3). doi: 10.1088/1752-7163/ac6359 https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1752-7163/ac6359  - Open Access
  • Kreutzer, F. P., Meinecke, A., Mitzka, S., Hunkler, H. J., Hobuss, L., Abbas, N., Geffers, R., Weusthoff, J., Xiao, K., Jonigk, D. D., Fiedler, J., Thum, T. (2022). Development and characterization of anti-fibrotic natural compound similars with improved effectivity. Basic Research in Cardiology 117(1): 9. doi: 10.1007/s00395-022-00919-6 https://link.springer.com/article/10.1007/s00395-022-00919-6  - Open Access
  • Kreutzer, F. P., Meinecke, A., Schmidt, K., Fiedler, J., Thum, T. (2022). Alternative strategies in cardiac preclinical research and new clinical trial formats. Cardiovascular Research 118(3): 746-762. doi: 10.1093/cvr/cvab075 https://academic.oup.com/cardiovascres/article/118/3/746/6162160  - Open Access
  • Leonardy, J., Bar, C. (2022). Editorial Research Topic: Non-coding RNA as Therapeutic Target: A Game Changer in Cardiac Regenerative Strategies? Frontiers in Physiology 12: 822280. doi: 10.3389/fphys.2021.822280 https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphys.2021.822280/full  - Open Access
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  • Mullens, W., Martens, P., Testani, J. M., Tang, W. H. W., Skouri, H., Verbrugge, F. H., Fudim, M., Iacoviello, M., Franke, J., Flammer, A. J., Palazzuoli, A., Barragan, P. M., Thum, T., Marcos, M. C., Miro, O., Rossignol, P., Metra, M., Lassus, J., Orso, F., Jankowska, E. A., Chioncel, O., Milicic, D., Hill, L., Seferovic, P., Rosano, G., Coats, A., Damman, K. (2022). Renal effects of guideline directed medical therapies in heart failure - a consensus document from the Heart Failure Association of the European Society of Cardiology. European Journal of Heart Failure [Epub ahead of print]. doi: 10.1002/ejhf.2471 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ejhf.2471 - Open Access
  • Obernolte, H., Niehof, M., Braubach, P., Fieguth, H. G., Jonigk, D., Pfennig, O., Tschernig, T., Warnecke, G., Braun, A., Sewald, K. (2022). Cigarette smoke alters inflammatory genes and the extracellular matrix - investigations on viable sections of peripheral human lungs. Cell and Tissue Research 387(2): 249-260. doi: 10.1007/s00441-021-03553-1 https://link.springer.com/article/10.1007/s00441-021-03553-1  - Open Access
  • Obert, A. J., Gutberlet, M., Kern, A. L., Kaireit, T. F., Glandorf, J., Moher Alsady, T., Wacker, F., Hohlfeld, J. M., Vogel-Claussen, J. (2022). Examining lung microstructure using (19) F MR diffusion imaging in COPD patients. Magnetic Resonance in Medicine [Epub ahead of print]. doi: 10.1002/mrm.29237 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/mrm.29237  - Open Access
  • Preuss, E. B., Schubert, S., Werlein, C., Stark, H., Braubach, P., Hofer, A., Plucinski, E. K. J., Shah, H. R., Geffers, R., Sewald, K., Braun, A., Jonigk, D. D., Kuhnel, M. P. (2022). The challenge of long-term cultivation of human precision-cut lung slices. American Journal of Pathology 192(2): 239-253. doi: 10.1016/j.ajpath.2021.10.020 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0002944021004818?via%3Dihub  - Open Access
  • Sparreman Mikus, M., Kolmert, J., Andersson, L. I., Ostling, J., Knowles, R. G., Gomez, C., Ericsson, M., Thorngren, J. O., Emami Khoonsari, P., Dahlen, B., Kupczyk, M., De Meulder, B., Auffray, C., Bakke, P. S., Beghe, B., Bel, E. H., Caruso, M., Chanez, P., Chawes, B., Fowler, S. J., Gaga, M., Geiser, T., Gjomarkaj, M., Horvath, I., Howarth, P. H., Johnston, S. L., Joos, G., Krug, N., Montuschi, P., Musial, J., Nizankowska-Mogilnicka, E., Olsson, H. K., Papi, A., Rabe, K. F., Sandstrom, T., Shaw, D. E., Siafakas, N. M., Uhlen, M., Riley, J. H., Bates, S., Middelveld, R. J. M., Wheelock, C. E., Chung, K. F., Adcock, I. M., Sterk, P. J., Djukanovic, R., Nilsson, P., Dahlen, S. E., James, A., Group, U. B. S., the, B. C. (2022). Plasma proteins elevated in severe asthma despite oral steroid use and unrelated to Type-2 inflammation. European Respiratory Journal 59(2). doi: 10.1183/13993003.00142-2021 https://erj.ersjournals.com/content/59/2/2100142.long  -
  • Thum, T. (2022). Orchestration of vascular smooth muscle cell plasticity using epigenetic therapy. European Heart Journal [Epub ahead of print]. doi: 10.1093/eurheartj/ehac200 https://academic.oup.com/eurheartj/advance-article/doi/10.1093/eurheartj/ehac200/6572530  - Open Access
  • van der Velden, J., Asselbergs, F. W., Bakkers, J., Batkai, S., Bertrand, L., Bezzina, C. R., Bot, I., Brundel, B., Carrier, L., Chamuleau, S., Ciccarelli, M., Dawson, D., Davidson, S. M., Dendorfer, A., Duncker, D. J., Eschenhagen, T., Fabritz, L., Falcao-Pires, I., Ferdinandy, P., Giacca, M., Girao, H., Gollmann-Tepekoylu, C., Gyongyosi, M., Guzik, T. J., Hamdani, N., Heymans, S., Hilfiker, A., Hilfiker-Kleiner, D., Hoekstra, A. G., Hulot, J. S., Kuster, D. W. D., van Laake, L. W., Lecour, S., Leiner, T., Linke, W. A., Lumens, J., Lutgens, E., Madonna, R., Maegdefessel, L., Mayr, M., van der Meer, P., Passier, R., Perbellini, F., Perrino, C., Pesce, M., Priori, S., Remme, C. A., Rosenhahn, B., Schotten, U., Schulz, R., Sipido, K., Sluijter, J. P. G., van Steenbeek, F., Steffens, S., Terracciano, C. M., Tocchetti, C. G., Vlasman, P., Yeung, K. K., Zacchigna, S., Zwaagman, D., Thum, T. (2022). Animal models and animal-free innovations for cardiovascular research: current status and routes to be explored. Consensus document of the ESC working group on myocardial function and the ESC Working Group on Cellular Biology of the Heart. Cardiovascular Research [Epub ahead of print]. doi: 10.1093/cvr/cvab370 https://academic.oup.com/cardiovascres/advance-article/doi/10.1093/cvr/cvab370/6499268  -
  • Voskrebenzev, A., Kaireit, T. F., Klimeš, F., Pöhler, G. H., Behrendt, L., Biller, H., Berschneider, K., Wacker, F., Welte, T., Hohlfeld, J. M., Vogel-Claussen, J. (2022). PREFUL MRI Depicts Dual Bronchodilator Changes in COPD: A Retrospective Analysis of a Randomized Controlled Trial. Radiology: Cardiothoracic Imaging 4(2). doi: 10.1148/ryct.210147 https://pubs.rsna.org/doi/full/10.1148/ryct.210147  - Open Access

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