Forschungsschwerpunkt „Entzündung und Infektion“

Sprecher: Univ.-Prof. Dr. Johannes Roth

Entzündungsreaktionen des Körpers, die beispielsweise bei Infektionen, Infarkten, Allergien und Autoimmunerkrankungen auftreten, beeinflussen entscheidend, wie eine Krankheit bei den einzelnen Patientinnen und Patienten verläuft. Wie sich eine Entzündung genau entwickeln wird, lässt sich jedoch häufig schwer einschätzen. Zudem sind für viele akute und chronische entzündliche Erkrankungen aktuell keine langfristig effektiven Therapien verfügbar, die die Ursachen bekämpfen, sondern es können häufig nur Symptome gemildert werden. Hier besteht ein Bedarf an neuen Diagnose- und Behandlungsstrategien, deren Entwicklung ein grundlegendes Verständnis zellulärer und molekularer Prozesse im Körper voraussetzt. Der Forschungsschwerpunkt Entzündung und Infektion der Medizinischen Fakultät umfasst daher sowohl Grundlagenforschung als auch klinische Forschung und bündelt Expertisen in der Immunologie, Zellbiologie, Mikrobiologie, Virologie, Biochemie und biomedizinischen Bildgebung.

Mikroskopische Darstellung von Blutgefäßen. Sie bestehen aus einer Endothelzellschicht (grün) und einer Basalmembran (violett) und bilden eine Barriere zwischen Blutstrom und Gewebe. Solchen zellulären Barrieren kommt bei Entzündungen eine wichtige Bedeutung zu, da sie die Einwanderung von Immunzellen (rot) ins Gewebe regulieren.
© Hang Li, Stefan Butz, Dietmar Vestweber

Die beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler untersuchen, wie der Körper Entzündungen reguliert und arbeiten daran, funktionelle Mechanismen zu identifizieren, die entscheidend dafür sind, ob und wie schwer Organe durch eine entzündliche Erkrankung geschädigt werden. Ihre Erkenntnisse nutzen sie, um neue Strategien für die medizinische Versorgung zu entwickeln. Die Forschenden untersuchen umfassend, wie verschiedene Zellen des Immunsystems miteinander, mit dem umliegenden Gewebe und mit infektiösen Erregern interagieren. Ein Hauptaugenmerk liegt auf zelluläre Barrieren, die den Organismus von der Außenwelt, aber auch verschiedene Gewebe und Organe voneinander abgrenzen. Ihnen kommt bei Entzündungen eine besondere Bedeutung zu, da sie das Eindringen infektiöser Erreger verhindern und die Einwanderung von Immunzellen in Gewebe regulieren. Ein wichtiger Aspekt des Forschungsschwerpunkts ist es, organspezifische Mechanismen von Entzündungen aufzuklären – denn Immunreaktionen unterscheiden sich, je nachdem, in welchem Organ sie auftreten und ob eine Entzündung lokal oder systemisch ist. Ein weiterer Fokus liegt auf den Eigenschaften von Erregern, die dazu führen, dass es von einer harmlosen Besiedlung zu einer manifesten Infektion kommt, und auf der Frage, welche Pathogenitätsfaktoren für spezifische Organschädigungen oder eine Chronifizierung der Infektion verantwortlich sind.

Darstellung von Entzündungen mittels Mikroskopie (links, Anhäufung von Immunzellen im Bauchraum einer Maus) und Ganzkörperbildgebung (PET-CT, rechts, Zuckerstoffwechsel an einer Blutgefäßprothese im Bauchraum eines Patienten). Die Mikroskopie betrachtet nur einen Ausschnitt des Organismus, mit Ganzkörperbildgebung werden keine einzelnen Zellen sichtbar. Forschende der WWU entwickeln Methoden der „multiskaligen Bildgebung“, die es erlauben, Entzündungen in größeren Geweben und ganzen Organen über längere Zeit hochaufgelöst zu beobachten und Informationen unterschiedlicher Untersuchungsverfahren zusammenzubringen.
© WWU - AG Kiefer/AG Schäfers

Für ihre Untersuchungen nutzen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verschiedene Bildgebungstechnologien – von der hochauflösenden Mikroskopie bis zur Ganzkörperbildgebung beispielsweise mit PET oder MRT – und entwickeln diese weiter. Mithilfe der Bildgebung untersuchen sie Entzündungsreaktionen auf der Ebene einzelner Zellen, analysieren aber auch, wie die Zellen als Teil ganzer Organsysteme funktionieren – dabei arbeiten sie mit Zellkulturen, machen Untersuchungen bei Mäusen und führen Studien mit Patienten durch. Eine wichtige Strategie im Forschungsschwerpunkt ist es, die auf unterschiedlichen Ebenen gewonnenen Informationen in einem ganzheitlichen Blick zusammenzubringen, um Zusammenhänge zwischen zellulären Entzündungsmechanismen und der Funktion von Organen erkennen zu können. Diese „multiskalige Bildgebung“ erfordert neue chemisch-biologische Strategien für die Markierung von Zellen sowie innovative Ansätze für die Auswertung von Bilddaten mithilfe mathematischer Modellierung und künstlicher Intelligenz. Die Forschung ist somit stark interdisziplinär und interfakultär geprägt.

Die Forschungsstärken der Medizinischen Fakultät im Gebiet Entzündung und Infektion haben eine lange Tradition und spiegeln sich in zahlreichen großen Verbundforschungsprojekten wider, für die Teams aus Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern in hochkompetitiven Verfahren erfolgreich Fördermittel einwerben. Der Forschungsschwerpunkt bildet auch eine tragende Säule des international sichtbaren Profilbereichs Zelldynamik und Bildgebung der Universität Münster. Er wird intensiv durch wissenschaftliche Zentren unterstützt, die unter anderem die Zusammenarbeit der Medizinischen Fakultät mit den Fachbereichen Biologie, Chemie und Pharmazie, Mathematik und Informatik sowie Physik institutionalisieren. Dazu gehören das Cells in Motion Interfaculty Centre (CiMIC) mit dem Multiscale Imaging Centre (MIC) – einem Forschungsgebäude, in dem Arbeitsgruppen aus verschiedenen Fachbereichen einen gemeinsamen Sitz haben – und das Zentrum für Molekularbiologie der Entzündung (ZMBE).