Wissenschaftliche Arbeitsgruppen

Kardiogener Schock und Herzunterstützungssysteme

Die Arbeitsgruppe untersucht in Grundlagen- und klinischer Forschung Wirkmechanismen des kardiogenen Schocks. Einen weiteren Schwerpunkt stellen die Herzunterstützungssysteme dar, welche sowohl beim kardiogenen Schock als auch bei Hochrisiko-Koronarinterventionen eingesetzt werden.

Das Ziel der Arbeitsgruppe ist, neue Therapiestrategien bei der Behandlung des kardiogenen Schocks und den Einsatz von Herzunterstützungssystemen zu optimieren.

Zelltod-aktivierende Mechanismen im Myokard und myokardiale Protektion

Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit der grundlegenden und translationalen Erforschung von Zelltod-aktivierenden Mechanismen im Rahmen des breiten Spektrums kardialer Erkrankungen.

Aktuelle Projekte fokussieren sich hierbei auf die Schädigung des Herzens in der Reperfusion nach myokardialer Ischämie und bei ischämischem Hirninfarkt. Wir adressieren hierbei insbesondere mitochondriale Morphologie, Energetik, Fehlfunktion, Kommunikation und Zelltodregulation sowie die Wechselwirkung von Proteinen untereinander und die Bildung von Protein-Liganden-Komplexen. Hauptziel ist es, neue molekulare Zielstrukturen innerhalb der die Apoptose/Nekrose vermittelnden Signalwege zu identifizieren und translationale Protektionsstrategien für die therapeutische Anwendung zu entwickeln.

Ein besonderes Augenmerk liegt hierbei auf der Charakterisierung von zentralen Regulatorproteinen der Zelltodkaskade in etablierten und innovativen in-vivo- sowie in-vitro-Modellen mittels physiologischer, pharmakologischer, biochemischer und molekularbiologischer Methoden und komplexer bildgebender Systeme wie transthorakale Echokardiografie, linksventrikuläre Herzkatheter-Untersuchung, Konfokal- und Elektronenmikroskopie.

Aortic Intervention and Repair

Die Arbeitsgruppe „Aortic Intervention and Repair“ befasst sich mit zahlreichen Forschungsprojekten rund um die Interventionen von verschiedenen Erkrankungen der Aorta (z.B. Aortendissektion, Aortenaneurysma, Aortenruptur etc.) sowie der möglichen Komplikationen.

Aktuelle Projekte sind z. B.:

• Einsatz und Nutzen von intravaskulärer Bildgebung
• Postimplantationssyndrom nach Aortenstentimplantation
• Reduzierung des Schlaganfallrisikos bei Aortenstentimplantation durch Filterschutzsysteme
• Komplikationen durch Aortenstents etc.

mHealth-technologies used for lifestyle interventions – smartphone-basierte mHealth-Technologien zur Unterstützung von Patienten mit kardiovaskulären Erkrankungen

Durch den Einsatz digitaler Unterstützungshilfen wollen wir passgenau und zielgerichtet die Versorgung der kardiovaskulären Patienten am Westdeutschen Herz- und Gefäßzentrum verbessern. Hierzu eignen sich besonders mobile und digitale Gesundheitsanwendungen (sog. mHealth-Technologien). Diese eignen sich hervorragend zur Überwindung struktureller und persönlicher Barrieren – nicht zuletzt aufgrund der hohen Reichweite und den Möglichkeiten der Personalisierung.

Inflammatory Profiling bei Herzinsuffizienz

Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit dem Einfluss und der Regulation von inflammatorischen Zytokinen auf den Myokardinfarkt (Luedike et al., Circulation 2012) sowie die Immunreaktion und Regeneration nach myokardialer Ischämie/Reperfusion (Pohl et al., Thromb Haemostasis 2015). Einen Schwerpunkt bildet hier die Rolle des ubiquitär vorhandenen, pro-inflammatorischen Zytokins Macrophage Migration Inhibitory Factors (MIF) und dessen Bedeutung in der kardiovaskulären Medizin und Herzinsuffizienz, die bislang weitestgehend unbekannt ist.

Neben der Analyse von post-translationalen Protein Modifikationen wie der S-Nitrosierung in verschiedenen Tiermodellen wie Herzinfarkt oder dem Hind-limb Ischämie Modell (Hendgen-Cotta and Luedike et al., Circulation 2012) liegt unser Interesse insbesondere in der Verknüpfung molekular-biologischer Grundlagenforschung mit klinischen Fragestellungen der Akut- und Intensivmedizin (Pohl et al. Resuscitation 2016) sowie der terminalen Herzinsuffizienz (Papathanasiou et al. Ann Thor Surg 2018; Papathanasio et al. ESC Heart Failure 2019) und seltenen Cardiomyopathien wie der Amyloidose (Papathanasiou et al. Int J Cardiol Heart Vasc 2020).

Im klinischen Kontext deckt der Bereich „Herzinsuffizienz und Intensivmedizin“ von der ambulanten Betreuung von Patienten mit chronischer Herzinsuffizienz bis zur Versorgung von Patienten mit Multiorganversagen das gesamte diagnostische und apparative Spektrum der internistischen und kardiologischen Akut- und Intensivmedizin ab. Darüber hinaus wird auch die Besetzung des Notarztstandorts Essen-Werden sowie die Qualifikation zur Zusatzbezeichnung Notfallmedizin über den Bereich Herzinsuffizienz und Intensivmedizin koordiniert.

Zur Ausstattung gehört neben der Intensivstation mit 12 Beatmungsplätzen (Med-INT II) eine kardiologische Intermediate Care Station (Med-IMC II) mit 8 Überwachungsplätzen sowie eine spezialisierte Heart Failure Unit (HFU- Station Herz 6), welche speziell für die Betreuung von Patienten mit terminaler Herzinsuffizienz inklusive Patienten mit Kunstherzversorgung (Left ventricular assist device – LVAD) vorgesehen ist und hierfür speziell geschultes Personal vorhält.

Subklinische Atherosklerose

Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit der Erfassung, Prävalenz und prognostischen Bedeutung von Frühstadien und Manifestation einer Atherosklerose in unterschiedlichen Gefäßbetten einschließlich der Koronararterien und untersucht Einflussfaktoren auf deren Entstehung und Progression. Die Wechselwirkung von epikardialem Fettgewebe sowie medikamentöser Therapie auf die koronare Atheroskleroseentstehung stellt einen Schwerpunkt der Arbeitsgruppe dar.

Die Arbeitsgruppe hält aktive Kooperationen zu führenden Forschungsgruppen weltweit. Hieraus entstanden in den vergangenen Jahren zahlreiche erfolgreiche Projekte und hochrangige Publikationen.

Im Cardiovascular Imaging Laboratory bietet die Arbeitsgruppe die Auswertung multimodaler kardiovaskulärer Bildgebung auf Spitzenniveau an. Neben Aufgaben im Rahmen eigener wissenschaftlicher Fragestellungen ist das Cardiovascular Imaging Laboratory als Core-Lab für randomisierte Studien tätig.

Durch die enge Verflechtung mit der Cardiac Trial Unit sind die Mitglieder der Arbeitsgruppe in die Planung und Durchführung von klinischen Studien eingebunden. Neben der Integration von multimodaler Bildgebung stellen Algorithmen zur Prädiktion von kardiovaskulären Erkrankungen anhand großer Datenbanken, auch unter Zuhilfenahme von Ansätzen des maschinellen Lernens, einen weiteren Schwerpunkt der Arbeitsgruppe dar.

Kardiovaskuläre Dysfunktion

Die atherosklerotische Gefäßerkrankung ist die zugrundeliegende Ursache für Mortalität und Morbidität zahlreicher kardiovaskulärer Pathologien, wie beispielsweise der koronaren Herzerkrankung oder der peripheren und zerebralen arteriellen Verschlusskrankheit.

Akzelerierte und ätiopathogenetisch noch unklare Formen der Atherosklerose prägen einen Schwerpunkt der Arbeitsgruppe. Ein besonderer Fokus liegt hierbei auf der chronischen Inflammation sowie der engen Beziehung zu oxidativem Stress, endothelialer Dysfunktion und vaskulärer Kalzifizierung. Ein wesentlicher Aspekt liegt in der prognostisch relevanten vaskulären Funktion und den sie beeinflussenden Variablen. So geht beispielsweise erhöhtes Alter mit funktionellen und strukturellen Veränderungen des kardiovaskulären Systems einher und führt zu gesteigerter Mortalität und Morbidität.

Entsprechend dem breiten Spektrum der vaskulären Medizin fokussieren sich die Schwerpunkte der Arbeitsgruppe auf klinische, translationale und grundlagenwissenschaftliche Aspekte. Die wesentlichen wissenschaftlichen Aktivitäten fokussieren sich einerseits auf die Interaktion des Mikrobioms und der Inflammation bei atherosklerotischen Erkrankungen und andererseits auf die Modulation der kardiovaskulären Funktion über katheterinterventionelle Eingriffe, diätetische Interventionen sowie Lifestylemodifikationen.

Kardiale Arrhythmien und autonome Innervation / Arrhythmias & Cardiac Innervation

Die Arbeitsgruppe untersucht den Einfluss des autonomen Nervensystems auf die Entstehung von ventrikulären Herzrhythmusstörungen. Ein Schwerpunkt bildet die Interaktion mit dem kardialen Immunsystem. Neben grundlagenwissenschaftlicher Forschung finden auch translationale Untersuchungen statt. Durch die klinische Verknüpfung ist ein ganzheitlicher Ansatz mit hoher Relevanz für den Patienten gewährleistet. Das Ziel ist die Entwicklung neuartiger Therapien zur Reduktion von lebensbedrohlichen Herzrhythmusstörungen.

Obwohl ein akuter Herzinfarkt heutzutage zeitnah therapiert wird, versterben bis zu 10% der Patienten innerhalb eines Jahres v.a. an ventrikulären Herzrhythmusstörungen. Diese lebensbedrohlichen Herzrhythmusstörungen entstehen u.a. durch ein Ungleichgewicht des autonomen Nervensystems mit einem Überwiegen des sympathischen Anteils. Zusätzlich zur Aktivierung des sympathischen Nervensystems kommt es zu einer massiven Aktivierung des Immunsystems in den ersten Stunden des akuten Herzinfarktes.

Acute Cardiac Injury and Repair

Die Arbeitsgruppe untersucht die pathologischen Signalwege akuter kardialer Schäden, sowohl in grundlagenwissenschaftlichen als auch in klinischen Studien. Hierbei werden verschiedene Ursachen dieser Schäden betrachtet, wie z. B. der akute Myokardinfarkt, Herzklappenerkrankungen oder Folgen einer Krebstherapie. Wesentliches Ziel ist die Entwicklung neuartiger Therapien zur Verbesserung der Mortalität und Morbidität der betroffenen Patienten.

Momentan fokussieren sich die Studien der Arbeitsgruppe auf aktuell in der Klinik bereits eingesetzte (anti-PD1 Therapie, Strahlentherapie) oder in der Entwicklung befindliche Krebstherapien (anti-CD47 Therapie). Hierzu werden State-of-the-Art-Methoden genutzt (Kultivierung und Reprogrammierung humaner Zellen, Ultraschall und PET-CT im murinen in vivo Modell, in vivo Infarktmodell) oder selbst entwickelt (3D Light Sheet-basierte Analyse kardialer Schäden).

Immune checkpoint signalling in acute myocardial infarction

Immuncheckpoints im akuten Myokardinfarkt

Die myokardiale Inflammation spielt eine Schlüsselrolle bei der Entstehung und Heilung des akuten Myokardinfarkts. Ein besseres Verständnis der spezifischen Mechanismen bildet die Grundlage für die Identifizierung neuer Zielstrukturen für die Entwicklung innovativer therapeutischer Ansätze.

Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit der Regulation der adaptiven Immunantwort nach akutem Myokardinfarkt mit dem Fokus auf die Infiltration und Aktivierung von T-Zellen in das infarzierte Myokardgewebe sowie deren Funktion im myokardialen Remodelling. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Bedeutung des Immuncheckpoints Programmed cell death protein 1 (PD1), der eine entscheidende, aber bisher nur unvollständig verstandene kardioprotektive Funktion besitzt. 

Durch ein translationales Konzept mit Anwendung innovativer Methodik und direkter klinischer Verknüpfung wird ein ganzheitlicher Forschungsansatz mit hoher klinischer Relevanz gewährleistet. Umfangreiche Vorarbeiten zur myokardialen Immunregulation durch Immuncheckpoints auf dem Gebiet der onkologischen Kardiologie und eine enge Vernetzung am Standort bieten einen technischen und inhaltlichen Transfer.

Cardiac amyloidosis

Kardiale Amyloidose

Die kardiale Amyloidose wird durch Ablagerung von fehlgefalteten Amyloid-Fibrillen im Herzen verursacht. Durch eine progrediente myokardiale Hypertrophie mit diastolischer Dysfunktion entwickelt sich eine Herzinsuffizienz mit hoher Relevanz für Morbidität und Mortalität betroffener Patient*innen. Obgleich die Erkrankung lange als Rarität betrachtet wurde, haben die letzten Jahre gezeigt, dass es eine der häufigsten Herzmuskelerkrankungen darstellt.

Das Essener Zentrum für Kardiale Amyloidose ist eines der größten nationalen Amyloidosezentren, und bietet eine ganzheitliche multidisziplinäre Behandlung gemäß aktuellem wissenschaftlichem Standard. Durch verschiedene klinische Forschungsprojekte erfolgt eine systematische Erfassung diagnostischer Maßnahmen, funktioneller und echokardiographischer Parameter, kardialer Biomarker sowie prognostischer Implikationen. Durch innovative wissenschaftliche Ansätze soll das Verständnis der kardialen Amyloidose, und damit die Behandlung betroffener Patient*innen verbessert werden.

Devicebereich

Ziel der Arbeitsgruppe ist die Optimierung und Weiterentwicklung, sowohl der Device-Implantationstechnik, als auch der optimale Programmierung der kardialen Device-Geräte. Dabei beschäftigen wir uns nicht nur mit den konventionellen transvenösen Systemen, sondern auch mit den sondenlose Systemen (VR-Micra, AV-Micra) und subkutanen Systemen (Subkutane implantiert Defibrillator). 

Interventionelle Rhythmologie

Die Arbeitsgruppe untersucht in vielen wissenschaftlichen Projekten Entstehungsfaktoren, Trigger und Perpetuierungsmechanismen kardialer Arrhythmien. Im Mittelpunkt stehen hier Vorhofflimmern, atriale Tachykardien, aber auch ventrikuläre Arrhythmien.

Neben Auswirkungen der kardialen Fibrose auf atrialer und ventrikulärer Ebene, werden aber Kontextfaktoren und elektrokardiographische Parameter systematisch untersucht. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Analyse innovativer Ablationsmethoden. Hier seien neben herkömmlichen Verfahren, wie der Hochfrequenzstromablation, der Kälteballonablation aber auch die Elektroporation genannt. Vorrangiges Ziel ist es so neben neuen therapeutischen Strategien, die Genese von Herzrhythmusstörungen besser zu verstehen und dadurch individualisierte Strategien zur Behandlung von Herzrhythmusstörungen zu implementieren.

Sportkardiologie und klinische Leistungsphysiologie

Die Arbeitsgruppe Sportkardiologie und klinische Leistungsphysiologie untersucht die Einflüsse körperlicher Aktivität auf das kardiovaskuläre System. Die Arbeitsgruppe untersucht hierbei die Auswirkungen sportlicher Aktivität auf das Herzkreislaufsystem in Primär-, Sekundär- und Tertiärprävention. Ziel der Arbeitsgruppe ist es, durch Analyse der pathophysiologischen Limitierung unter Belastung Trainings- und Therapieempfehlungen bei Patienten mit Herzkreislauf- und Tumorerkrankungen zu optimieren.