Projekte
Das übergeordnete Ziel unserer Forschung ist die Untersuchung von Adhäsionsprozessen, die bei der Einleitung, aber auch bei der kontrollierten Resolution von Entzündungsreaktionen beteiligt sind. Das Verständnis dieser Vorgänge ermöglicht eine gezielte Entwicklung von Wirkstoffen und Wirkstoff-Träger-Systemen zur therapeutischen Intervention bei überschießenden Entzündungs-reaktionen. Hierfür werden modellhaft Neuroinflammation an der Blut-Hirn-Schranke, die Psoriasis der Haut und die Parodontitis an der Mundschleimhaut untersucht.
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1. Entwicklung entzündlicher 2D- und 3D-Modelle für Haut, orale Mukosa und die Blut-Hirn-Schranke.
Um Einblicke in entzündliche Pathologien auf molekularer Ebene zu erhalten, müssen geeignete Modellsysteme generiert werden. Im Sinne des 3R-Konzeptes (Replace, Reduce, Refine) versuchen wir hierbei Tierexperimente durch geeignete humane in vitro Modelle zu ersetzen, die die humane Situation möglichst genau imitieren. Hierfür setzen wir einfache 2D-Zellkultursysteme ein, generieren aber auch komplexere dreidimensionale Modelle, die die physikalischen Interaktionen zwischen verschiedenen Zellen eines Gewebes mit einbeziehen. Diese Modelle werden auch für die initiale Testung neuartiger anti-entzündlicher Therapieansätze herangezogen.
Projektförderung: DFG DA310/8-1, Sonnenfeldstiftung
Mitarbeiter: Kim-Natalie Stolte, Gudrun Mrawietz, Cynthia Yapto
2. Die Bedeutung von Tight Junctions bei Entzündungsreaktionen in verschiedenen humanen Geweben.
Tight junctions sind neben Adherens Junctions, Desmosomen und Gap Junctions Zell-Zell-Kontakte, die aus einem Netzwerk trans-membranärerund periphererProteine gebildet werden und über Vernietung benachbarter Zellmembranen, sogenannter »Kissing Points«, eine semipermeable Barriere für den parazellulären Fluss darstellen. Darüber hinaus tragen sie zur Polarität von Zellen bei. Die Regulation des parazellulären Transportwegs erfolgt durch verschiedene Tight Junction-Proteine wie Claudinen, TAMP-Proteinen, sowie den JAMs. An der intrazellulären Seite sind den Tight Junctions Adaptor-Proteine wie ZO-1 angelagert, über die die Tight Junctions mit dem F-Aktin-Zytoskelett und wichtigen Signalwegen verbunden sind. In unserer Gruppe untersuchen wir die Rolle und Dynamik von Tight Junctions und Tight Junction-Proteinen bei entzündlichen Prozessen.
Am mikrovaskulären Endothel des Gehirns beschäftigen wir uns insbesondere mit dem Entzündungs-abhängigen Wechselspiel zwischen Tight Junctions und der Zell-Matrix-Adhäsion (Labus et al, 2014, 2018)
Die orale Schleimhaut ist in Bezug auf die Expression von Tight Junction-Proteinen bislang nur unzureichend charakterisiert. Daher unter-suchen wir derzeitig die Expression, Lokalisation und Funktion wichtiger Tight Junction-Komponenten wir Occludin, ZO-1 und Claudin-1 in diesem mehrschichtigen Epithel unter physiologischen und entzündlichen Bedingungen.
Projektförderung: Sonnenfeldstiftung, Freie Universität Berlin (Elsa-Naumann-Stipendium)
Mitarbeiter: Josephine Labus, Kim-Natalie Stolte, Gudrun Mrawietz, Cynthia Yapto
3. Untersuchung glykosidierter Phospholipide als neuartiger Ansatz für die anti-inflammatorische Behandlung und als Therapeutikum bei Brustkrebs.
Inositol-C2-Plättchen-aktivierender Faktor (Ino-C2-PAF) ist ein synthetisches Alkylphospholipid (APL), das die Proliferation in verschiedenen Tumorzellen effektiv hemmt (von Haefen et al, 2011; Semini et al, 2011a). In Nicht-Tumorzellen und in vivo weist es nur eine geringe Zyto-toxizität bzw. Wirksamkeit auf (Fischer et al, 2006; Forkel et al, 2014). In Zellen, die sich von Lymphomen ableiten, induziert Ino-C2-PAF Apoptose (von Haefen et al, 2011). In immortalisierten Zelllinien, wie den HaCaT- oder den SCC-25-Zellen hemmt die Substanz die Zell-migration. Untersuchungen der Signalwege, die durch Ino-C2-PAF beeinflusst werden, zeigten, dass die Phosphorylierung der Schlüssel-regulatoren der Zell-Migration, Focal-Adhesion-Kinase (FAK) and Src in diesen Zellen gehemmt wird (Semini et al, 2011a). Die Hemmung der Zellproliferation der Brustkrebszelllinie MCF-7 beruht auf der Hemmung des Akt-Signalweges (Pelz et al, 2018).
Weiterhin moduliert Ino-C2-PAF die Expression verschiedener Gene. So werden Gene, die an der Entzündung und der angeborenen Abwehr beteiligt sind, durch das Phospholipid gehemmt (Semini et al, 2011b; Semini et al, 2014). Die Wirkung auf Entzündungs-prozesse konnte auch in vivo gezeigt werden. So lindert Ino-C2-PAF die klinischen Symptome der Psoriasis in zwei unabhängigen Mausmodellen (Forkel et al, 2014).
Der aktuelle Schwerpunkt der Untersuchungen liegt bei der Charakterisierung von Ino-C2-PAF als potentielles Therapeutikum für die Brustkrebstherapie und für die anti-inflammatorische Therapie bei den Erkrankungen Psoriasis und Parodontitis.
Projektförderung: DFG DA310/5-1,2,3 (2002-2009), Berliner Krebsgesellschaft (2009-2010), Berliner Stiftung für Dermatologie (2010), ProFit (2010-2011)
Mitarbeiter: Carsten Pelz, Gudrun Mrawietz, Geo Semini, Annette Hildmann
4 . Entwicklung von Nanocarrier-basierten Wirkstoff-Carrier-Systemen zur topischen Behandlung entzündlicher Erkrankungen der oralen Schleimhaut.
Die Schleimhautoberfläche der Mundhöhle stellt eine wesentliche Barriere dar, die das Eindringen von Bakterien in den Organismus verhindert, die uns aber auch bei mechanischer Belastung und vor weiteren schädigenden äußeren Einflüssen schützt. Dieser Schutz wird zum einen durch eine physikalische Barriere (Tight Junctions, stratum corneum, Speichel) und durch eine chemische Barriere (antimikrobielle Peptide) verliehen.
Aufgrund der genannten strukturellen Gegebenheiten stellt die topische Behandlung von Erkrankungen der Mundschleimhaut eine Herausforderung dar. Insbesondere der Speichel führt dazu das lokal applizierte Medikamente verdünnt und weggespült werden. Größe und chemische Struktur von Wirkstoffen, die eine effektive Penetration in Gewebe verhindern, sind weitere Limitationen für die erfolgreiche Behandlung oraler Schleimhauterkrankungen.
Um die Bioverfügbarkeit von Wirkstoffen für die Therapie von entzündlichen Erkrankungen der Mundschleimhaut zu verbessern, müssen Wirkstoff-Carrier-Systeme entwickelt werden, die fest an die Schleimhaut adhärieren und die mukosale Oberfläche penetrieren.
In einen interdisziplinären Ansatz mit Chemikern der Freien Universität Berlin und Parodontologen der Charité untersuchen wir neuartige Nanocarrier und Nanogele als Carrier-Systeme für die topische, antiinflammatorische Therapie an der oralen Schleimhaut. Hierbei werden die verschiedenen Nanocarrier-Systeme in ihren Eigenschaften toxikologisch und funktionell untersucht (Jager et al, 2018). Wirkstoff-beladene Nanocarrier-Systeme werden in geeigneten Modellen auf ihre anti-inflammatorischen Eigenschaften hin untersucht.
Projektförderung: DFG DA310/8-1 Gemeinschaftprojekt mit Prof. Dr. Rainer Haag, FU-Berlin und Prof. Dr. Henrik Dommisch, Abteilung für Parodontologie), Sonnenfeldstiftung
Mitarbeiter: Juliane Jager, Kim-Natalie Stolte, Manuel Reindl, Gudrun Mrawietz, Cynthia Yapto, Maren Witt