Darstellung von Entzündungen mit Mikroskopie (links, Anhäufung von Immunzellen im Bauchraum einer Maus) und Ganzkörperbildgebung (PET-CT, rechts, Anreicherung von radioaktiv markiertem Zucker an einer Blutgefäßprothese im Bauchraum eines Patienten). Die Mikroskopie betrachtet nur einen Ausschnitt des Organismus, mit Ganzkörperbildgebung werden keine einzelnen Zellen sichtbar. Wir wollen Methoden entwickeln, die es erlauben, Entzündungen in größeren Geweben und ganzen Organen über längere Zeit hochaufgelöst zu beobachten und Informationen unterschiedlicher Untersuchungsverfahren zusammenzubringen.
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Forschung

Darstellung organspezifischer Entzündung durch multiskalige Bildgebung

Immer wenn im Körper Gewebe geschädigt wird – beispielsweise bei Infarkten, Autoimmunkrankheiten und Infektionen – kommt es zu Entzündungen. Diese umittelbare Reaktion des Immunsystems auf äußere Reize und akute Gefahren ist grundsätzlich etwas Positives: Entzündungen begrenzen Schäden und sind Teil des Heilungsprozesses. Doch nicht immer bekommt der Körper die Situation in den Griff. Dann kann eine Entzündung lebensbedrohlich werden oder chronisch verlaufen und Organe dauerhaft in ihrer Funktion beeinträchtigen. Eine Herausforderung, vor der die Medizin steht: Häufig ist kaum vorhersehbar, wie eine Entzündung verlaufen wird.

Wir wollen analysieren, wann und wo unterschiedliche Immunzellen während einer Entzündung im Organismus aktiv werden, über welche molekularen Mechanismen sie untereinander und mit ihrer Umgebung interagieren und welche spezifischen Funktionen sie bei Entzündungen in unterschiedlichen Organen haben. Um uns diesem Wissen zu nähern, integrieren wir verschiedene Bildgebungstechnologien von der Mikroskopie bis zur Ganzkörperbildgebung in unsere Untersuchungen und wollen Informationen von der einzelnen Zelle bis zum gesamten Organismus zusammenbringen. Wir erwarten, durch diesen ganzheitlichen Blick Zusammenhänge zwischen zellulären Entzündungsmechanismen und der Funktion von Organen erkennen zu können. Diese „multiskalige Bildgebung“ erfordert neue chemisch-biologische Strategien, die es erlauben, die gleiche Zellart oder sogar dieselbe Zelle mit unterschiedlichen Signalgebern zu markieren, beispielsweise mit fluoreszierenden, magnetischen oder radioaktiven Molekülen – denn diese erzeugen Signale, die über ganz unterschiedliche Bildgebungstechnologien sichtbar werden. Neue Herausforderungen bestehen auch darin, Datensätze verschiedener Bildgebungsverfahren zusammenzufügen und so Muster im Zellverhalten zu erkennen. Hier spielen mathematische Modelle und das Trainieren künstlicher Intelligenz – das sogenannte Deep Learning – eine wesentliche Rolle.

Wir erwarten, dass unsere Ergebnisse langfristig in neue Untersuchungsverfahren für klinische Bildgebungsmodalitäten wie nuklearmedizinische Bildgebung, Magnetresonanztomographie oder fotoakustische Bildgebung münden. Solche Verfahren könnten dazu beitragen, Entzündungen zu erkennen – beispielsweise bei Herzinfarkten, bei Autoimmunerkrankungen, die zu Entzündungen der Gelenke, der Haut oder des Darms führen, und bei bakteriellen Infektionen der Lunge oder der Nieren. Sie könnten auch dabei helfen, für die einzelnen Patientinnen und Patienten eine geeignete immunregulierende Therapie zu finden und zu beurteilen, wie effektiv diese ist.

Projektbereiche des SFB „inSight“
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Forschungsprojekte & interdisziplinäre Zusammenarbeit

Die einzelnen Teilprojekte unseres Sonderforschungsbereichs sind in drei Projektbereiche gruppiert und verfolgen zwei übergreifende Forschungslinien, die sich gegenseitig vorantreiben: Unsere Projekte widmen sich – in unterschiedlicher Gewichtung – der Entwicklung neuer Verfahren für die Bildgebung (blau) und/oder setzen diese ein, um Entzündungsprozesse zu analysieren (orange). Die Untersuchungen können zu neuen biomedizinischen Hypothesen führen, deren Überprüfung wiederum neue Herausforderungen für die Entwicklung methodischer Strategien mit sich bringt. Dieses Forschungskonzept erfordert eine intensive Interaktion zwischen allen beteiligten Fachgebieten, weshalb nicht nur im Gesamtverbund, sondern auch innerhalb der einzelnen Teilprojekte, Experten aus Medizin, Biochemie, Chemie, Physik, Mathematik und Informatik in verschiedenen Konstellationen zusammenarbeiten.