Herzklappenerkrankungen in der Forschung
Herzklappenerkrankungen stellen eine bedeutende Herausforderung im Bereich der kardiovaskulären Medizin dar. Sie umfassen diverse Zustände wie Insuffizienzen und Stenosen, die oft schwerwiegende Auswirkungen auf die Herzfunktion haben können. Durch Fortschritte in Forschung und sowie durch die Entwicklung innovativer, interventioneller Therapieverfahren, hat sich die Behandlung dieser Erkrankungen bedeutend weiterentwickelt. Dennoch bleiben sie eine häufige Ursache von Morbidität und Mortalität und erfordern eine multidisziplinäre Herangehensweise für optimale Ergebnisse.
Laufende Projekte
Quelle: AG Sengle, Köln
Die biomechanische Funktion von Herzklappen wird durch die extrazelluläre Matrix (ECM) der klappeneigenen Zellen, wie vaskulären Endothelzellen (VECs) und vaskulären interstitiellen Zellen (VICs), bestimmt. Die ECM unterstützt die Struktur und Funktion der Klappen und kontrolliert die Bioverfügbarkeit von Signalmolekülen. In gesunden Klappen ist die ECM in drei Schichten unterteilt: die kollagenreiche Fibrosa für Festigkeit, die elastinhaltige Ventricularis für Flexibilität, und die proteoglykanreiche Spongiosa für Bewegungsdämpfung.
Klinisch bedeutsame Herzklappenerkrankungen resultieren häufig aus Störungen der ECM-Struktur durch genetische, mechanische oder entzündliche Faktoren. Angeborene Herzklappenerkrankungen, wie die bikuspide Aortenklappe, sowie erworbene Erkrankungen, wie Verkalkung und myxomatöse Degeneration, sind verbreitet. Risikofaktoren wie männliches Geschlecht, Bluthochdruck und Rauchen erhöhen die Belastung und Abnutzung der Klappen im Laufe des Lebens. Entzündliche Mechanismen spielen ebenfalls eine Rolle.
Ziel unserer Forschung ist es, zu verstehen, wie Defizite in der ECM-Architektur die Entstehung und das Fortschreiten von Herzklappenerkrankungen beeinflussen.
Unsere primären Ziele sind:
- Ein besseres Verständnis der ECM-Architektur zu gewinnen, die für eine ordnungsgemäße Herzklappenfunktion erforderlich ist.
- Zu verstehen, wie die Mikroumgebung das Verhalten von residenten Zellen und Immunzellen steuert.
- Therapeutische Strategien zu entwickeln, um Klappenerkrankungen entgegenzuwirken, indem schädliche Outside-in-Signalwege zu VECs und VICs blockiert werden.
AG Sengle - Köln
AG Angeborene Bindegewebserkrankungen, Fibrillinopathien
Publikationen
Carmen Yap, Myrthe E. Hoogeland, Siyu Li, Iris Bakker, Ela Yalcin, Roelof Ottenhoff, Maria P. Clemente-Olivo, Sander Kooijman, Yousef Morcos, Gerhard Sengle, Vivian de Waard,
High-fat diet does not exacerbate aortic pathology and enhances metabolic function in Marfan syndrome Fbn1C1041G/+ mice,
Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Basis of Disease, Volume 1872, Issue 3, 2026, 168107, ISSN 0925-4439, doi.org/10.1016/j.bbadis.2025.168107.
de Souza, R.B., Cassiano, L.L., Barnowski, P. et al. Exploring thoracic aorta ECM alterations in Marfan syndrome: insights into aorta wall structure. Sci Rep 15, 26665 (2025). https://doi.org/10.1038/s41598-025-09665-w
Spanou CES, Yang C, Godwin ARF, et al. Prodomain processing controls BMP-10 bioactivity and targeting to fibrillin-1 in latent conformation. The FASEB Journal. 2025; 39:e70373. doi:10.1096/fj.202401694R
Spanou CES, Wohl AP, Doherr S, et al. Targeting of bone morphogenetic protein complexes to heparin/heparan sulfate glycosaminoglycans in bioactive conformation. The FASEB Journal. 2023; 37:e22717. doi:10.1096/fj.202200904R
Hämodynamische Kräfte und biomechanische Eigenschaften bestimmen die Leitfähigkeit und Vulnerabilität der Aortenwand, doch die genauen Mechanismen sind noch unbekannt. Dieses Projekt nutzt Magnetresonanztomographie (MRT) zur regionalen hämodynamischen Kartierung der Aortenklappe sowie der thorakalen und abdominalen Aorta. Ziel ist es, Muster in der Entwicklung von Aortenerkrankungen, einschließlich Aneurysmen und Aortenklappenstenose, zu erkennen.
Ein kombinierter MRT-Ansatz (4D-Flow, DTI, X-Kern-MRT) soll hämodynamische Parameter, Gefäßveränderungen und zelluläre Profile in derselben Region bewerten. Dies erfolgt im Kontext myokardialer Funktion und struktureller sowie metabolischer Veränderungen mittels kardiovaskulärer Magnetresonanztomographie (CMR). Wiederholte regionale Phänotypisierungen sollen neuartige MRT-Metriken im Verlauf der Aortenerkrankungen bis hin zu Patienten nach Aortenklappenersatz vergleichen.
Pathologische Strömungsmuster, insbesondere in der aufsteigenden Aorta, sind durch erhöhte Geschwindigkeit, Turbulenzen und inhomogene Scherspannungen gekennzeichnet. Diese beeinflussen zirkulierende Blutkomponenten und führen zu Organschäden. Eine Aortenklappenstenose (AS) verursacht endothelialen Dysfunktion, welche durch Klappenersatz verbessert werden kann. Dies unterstreicht die Bedeutung eines regulierten Blutflusses in der Aorta für die kardiovaskuläre Gesundheit.
- Hybride Bildgebung bei strukturellen Interventionen
- Einfluss der Aortenklappenstenose auf die Funktion der supravalvulären Aorta
- Myokardiale Adaptation bei Aortenklappenstenose
- Physikomechanik der Aorta und systemische Gefäßfunktion – Diagnostik und Monitoring
- CD40 Signaling bei Aortopathien
AG Quast, AG Gerdes, AG Jung, AG Zeus, AG Nienhaus – Düsseldorf
Research Group Quast - Uniklinik Düsseldorf
Cardiovascular Immune Biology - PI Gerdes - Uniklinik Düsseldorf
Research Group Jung - Uniklinik Düsseldorf
Publikationen
Isabella Solga, Leon Götzmann, Vithya Yogathasan, Patricia Wischmann, Tin Yau Pang, Patricia Kleimann, Sebastian Temme, Lina Hofer, Anja Stefanski, Alexander Lang, Georg Nickenig, Christian Jung, Norbert Gerdes, Mohammed Rabiul Hosen, Malte Kelm, Ramesh Chennupati, Large extracellular vesicles derived from red blood cells in coronary artery disease patients with anemia promote endothelial dysfunction, Journal of Molecular and Cellular Cardiology, 217, (76-88), (2026).https://doi.org/10.1016/j.yjmcc.2026.06.010
Die kalzifizierende Aortenklappenstenose (AKS) ist die häufigste Herzklappenerkrankung der alternden Bevölkerung. Bislang existiert keine medikamentöse Therapie. Die einzige Behandlung ist der chirurgische oder interventionelle Klappenersatz. Ein wesentlicher Treiber der Erkrankung ist eine sterile, also nicht durch Erreger ausgelöste Entzündung der Klappe. Im Zentrum dieser Entzündungsreaktion steht das NLRP3/ASC-Inflammasom, ein molekularer Komplex angeborener Immunzellen.
Bei Aktivierung des Inflammasoms bildet das Adapterprotein ASC große Aggregate, sogenannte „ASC-Specks". Diese werden in den extrazellulären Raum freigesetzt und halten die Entzündung dort aufrecht bzw. verstärken sie. Wir gehen der Hypothese nach, dass extrazelluläre ASC-Specks einen zentralen Treiber der chronischen Klappenentzündung und -verkalkung darstellen.
In diesem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projekt entwickeln und charakterisieren wir Nanobodies (VHH, Einzeldomänen-Antikörper aus Kameliden), die ASC-Specks spezifisch binden und neutralisieren. Ziel ist es, die entzündungsgetriebene Verkalkung an einem definierten molekularen Angriffspunkt zu unterbrechen, als möglicher erster pharmakologischer Behandlungsansatz für die AKS. Das Projekt wird in enger Zusammenarbeit mit dem Institut für Angeborene Immunität (AG Franklin) und der Nanobody Core Facility Bonn durchgeführt.
Unsere primären Ziele sind:
- Extrazelluläre ASC-Specks als Treiber der Klappenkalzifizierung zu charakterisieren.
- ASC-spezifische Nanobodies (VHH^ASC) zu entwickeln und zu validieren.
- Die Nanobody-basierte Therapie in präklinischen Modellen der Aortenklappenstenose zu testen.
- Perspektivisch eine pharmakologische Behandlung der bislang nur operativ/interventionell therapierbaren AKS zu etablieren.
AG Franklin, AG Bartsch – Bonn
Die Arbeitsgruppe widmet sich der kardiovaskulären Grundlagenforschung mit einem besonderen Fokus auf entzündlich bedingte Erkrankungen wie Atherosklerose und Aortenklappenstenose. Ziel der Forschung ist es, die molekularen Mechanismen dieser Erkrankungen besser zu verstehen und neue therapeutische Angriffspunkte zu identifizieren.
Dazu werden moderne Zell- und Tiermodelle genutzt, um potenzielle Zielstrukturen zu entdecken und deren Relevanz im Krankheitsverlauf zu untersuchen. Anschließend werden die Ergebnisse in humanen Zellen und Patientenproben validiert, um die klinische Relevanz zu prüfen und den Weg für eine mögliche therapeutische Translation zu ebnen.
Die interdisziplinäre Herangehensweise verbindet experimentelle Grundlagenforschung mit translationaler Medizin – mit dem Ziel, innovative Therapieansätze für kardiovaskuläre Erkrankungen zu entwickeln und so langfristig zur Verbesserung der Patientenversorgung beizutragen.
Unsere Forschungsschwerpunkte sind die therapeutische Nutzbarmachung von Braunalgen und die Identifizierung von therapeutischen Zielstrukturen im Endocannabinoidsystem.
Unsere Arbeit wird gefördert durch die DFG, das BMFTR und den EIC.