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AG Buttgereit
Wie passen sich Immunzellen an Sauerstoff- und Nährstoffmangel im entzündeten Gewebe an?
Glukokortikoide & Bioenergetik
Bei akuten und chronischen Entzündungen kann es zu einem ausgeprägten Mangel an Sauerstoff und Nährstoffen im Entzündungsgebiet kommen. Wie schafft es das Immunsystem, trotzdem aktiv zu bleiben?
Bei akuten Entzündungsprozessen wie während der initialen Phase der Knochenheilung – dem sogenannten Frakturhämatom – aber auch bei chronischen Entzündungsprozessen, z.B. während der Pathogenese der rheumatoiden Arthritis, brauchen insbesondere Immunzellen zuweilen mehr Nährstoffe und Sauerstoff als der Körper vor Ort der Entzündung bereitstellen kann. Dadurch kann es zu einem lokal ausgeprägten Mangel an diesen lebenswichtigen Stoffen kommen.
Um unter diesen Bedingungen trotzdem weiter funktionieren zu können, verfügen insbesondere Immunzellen, die sich im Entzündungsgebiet anreichern, über eine Reihe von Anpassungsmechanismen. Auf diese Weise gelingt diesen spezialisierten Zellen ein Ausgleich ihrer bioenergetischen Bilanz, die bei allen zellulären Systemen über Fortbestand, Entwicklung und Funktionstüchtigkeit entscheidet.
Unsere Arbeitsgruppe untersucht solche Mechanismen, denn sie spielen unbestritten eine zentrale Rolle nicht nur bei akuten und chronischen Entzündungen, sondern auch bei regenerativen Prozessen wie der Frakturheilung. Diese Anpassungsmechanismen bieten darüber hinaus mögliche Ansatzpunkte für neue Therapiestrategien, sowie Erklärungsansätze für die Wirkungsweisen von bereits zugelassenen anti-entzündlichen Medikamenten, wie z.B. aus den Wirkstoffklasse der Glucocorticoide.
Die Anpassungsmechanismen von Immunzellen an eine veränderte Mikroumgebung bei Entzündungsreaktionen unterscheiden sich im Detail von Spezies zu Spezies. So lassen sich insbesondere Krankheitsprozesse bei entzündlichen Gelenkerkrankungen des Menschen sowie Regenerationsprozesse bei der Knochenheilung noch nicht hinreichend im Tier modellieren, wodurch die Ergebnisse aus diesen Experimenten nur schwer auf den Menschen zu übertragen sind.
Deshalb etablieren wir in vitro-Modelle auf der Basis menschlicher Zellen, um akute und chronische Entzündungen, wie sie in der Anfangsphase der Frakturheilung oder im entzündeten Gelenk auftreten, nachzustellen. Zu diesem Zweck entwickeln wir eine Vielzahl verschiedener in vitro 3D-Krankheitsmodelle, die ausschließlich aus den beteiligten menschlichen Zellen in Form einer 3D-Architektur unter dem Einfluss einer entzündlichen Mikroumgebung bestehen.
Perspektivisch sollen die etablierten Modelle eine Alternative zum Tiermodell in der Grundlagenforschung und angewandten biomedizinischen Forschung bieten, um i) pathophysiologische und regenerative Prozesse muskuloskelettaler Erkrankungen zu studieren, ii) neue potentielle Zielmoleküle zu identifizieren und iii) neue therapeutische Strategien zu testen und schließlich iv) Tierversuche zu reduzieren oder gar zu ersetzen.
Stichworte
Autoimmunerkrankungen
Immunmetabolismus
Glucocorticoide
Frakturheilung
3R-Forschung
Gruppenleitung
Apl. Prof. Dr. rer. nat. Frank Buttgereit
Wissenschaftler:innen
Dr. Timo Gaber
Dr. Alexandra Damerau
Dr. Moritz Pfeiffenberger
PhD und MD Student:innen
Dana Alkhoury
Manuela Jakstadt
Min Liu
Gabriele May
Matilda Nieswandt
Johannes Plank
Jiayi Tian
- Pfeiffenberger M, Damerau A, Ponomarev I, Bucher CH, Chen Y, Barnewitz D, Thöne-Reineke C, Hoff P, Buttgereit F, Gaber T, Lang A. Functional Scaffold-Free Bone Equivalents Induce Osteogenic and Angiogenic Processes in a Human In Vitro Fracture Hematoma Model. J Bone Miner Res. 2021 Feb 3. doi: 10.1002/jbmr.4267. Epub ahead of print. PMID: 33534144.
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- Gerd-Rüdiger Burmester, Sarah Ohrndorf, Paula Hoff, Charité – Universitätsmedizin Berlin, Department of Rheumatology and Clinical Immunology, Berlin, Germany
- Georg N. Duda, Katharina Schmidt-Bleek, Charité – Universitätsmedizin Berlin, Berlin Brandenburg Center for Regenerative Therapies/ Julius-Wolff Institut, Berlin, Germany
- Carsten Perka, Tobias Winkler, Sebastian Hardt, Yannick Palmowski, Tazio Maleitzke, Charité – Universitätsmedizin Berlin, Center for Musculoskeletal Surgery, Berlin, Germany
- Andreas Radbruch, Max Löhning, Anna Rapp, Nayar Duran, Caroline Helmstetter, Deutsches Rheuma-Forschungszentrum, Berlin, Germany
- Roland Lauster, TU-Berlin, Medical Biotechnology, Berlin, Germany
- Markus Seibel, Hong Zhou, University of Sydney, ANZAC Institute, Sydney, Australia
- Stefan Krauss, Beth Israel Deaconess Medical Center, Harvard Medical School, and Merck Research Laboratories, Boston, USA
- Jon Yewdell, National Institute of Allergy and Infectious Diseases, Cellular Biology Section, Bethesda, USA
- Douglas J. Veale, University College Dublin, The Conway Institute for Biomedical and Biomolecular Research, Dublin, Ireland
- Susanna Röblitz und Dr. Rainald Ehrig, Konrad-Zuse-Zentrum Berlin
- Dirk Barnwitz und Dr. Igor Ponomarev, fzmb GmbH Bad Langensalza
- Paulin Jirkof, Institut für Experimentelle Chirurgie, UniversitätsSpital Zürich, Universität Zürich
- Marieluise Kirchner, Berlin Institute of Health at Charité – Universitätsmedizin Berlin, Core Facility Proteomics, Berlin, Germany
- Christian Dejaco, Rheumatologie, Medizinische Universität Graz, Graz, Österreich
