Bildgebung des Herzens in Tiermodellen
Herz- und Herzkreislauferkrankungen sind mit ca. 40 % eine der häufigsten Todesursachen der industrialisierten Nationen weltweit mit steigender Tendenz. Allein in Deutschland sind jährlich 340.000 Personen von dieser Art an Erkrankungen betroffen, womit, abhängig vom Schweregrad, eine enorme Einschränkung der Lebensqualität einhergehen kann. Vor allem ältere Menschen über 65 Jahren, Raucher, Übergewichtige und Patienten mit Bluthochdruck gehören zu den gefährdeten Personenkreisen. Das Herz als permanent arbeitender Muskel schlägt im Laufe des menschlichen Lebens etwa 2,5 Mrd. mal und treibt den gesamten Blutfluss im Organismus an. Erkrankungen die diese Motorfunktion beeinträchtigen können sich folglich besonders gravierend auf alle Körperfunktionen auswirken. Daher ist es von besonders großem medizinischem Interesse, die genauen physiologischen und pathophysiologischen Vorgänge und die molekularen Signalwege zu verstehen, die zu einer Fehlfunktion des Herz-Kreislauf-Systems führen können. Solch grundlegenden Untersuchungen lassen sich am erfolgreichsten in ausgewählten Tiermodellen durchführen, wo unter kontrollierbaren und bekannten Bedingungen diese Vorgänge detailliert untersucht werden können. Die Arbeitsgruppe KSM nutzt dazu die optische Kohärenztomografie als bildgebendes Verfahren, um gemeinsam mit den Kooperationspartnern des Herzzentrums Dresden und dem Institut für Pharmakologie und Toxikologie die komplexen biologischen Zusammenhänge aufzuschlüsseln und die Entstehung und Progression von Krankheitsbildern besser zu verstehen. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung diagnostischer und therapeutischer Ansätze, um Patienten rechtzeitig vor den körperlichen Einschränkungen zu bewahren die mit Erkrankungen des Herz-Kreislauf-Systems letztendlich immer einhergehen.
Untersuchung zur Aortenklappenstenose an Mäuseherzpräparaten:
Video- und OCT-Aufnahme einer gesunden (links) und einer kalzifizierten (rechts) Aortenklappe. Die Verengung des Blutströmungskanals aufgrund eines versteiften Klappensegels ist vor allem in den Schnittbildansichten gut zu erkennen. Der Skalierbalken entspricht 500 µm.
Ein wesentlicher Faktor für die hohe Sterblichkeitsrate sind Erkrankungen der Herzklappen, wie die Aortenklappenstenose, in deren Verlauf der Blutfluss gestört und die Funktion dieses biologischen Ventils so stark beeinträchtigt ist, dass der betroffene Patient innerhalb weniger Jahre stirbt. Momentan ist die einzig wirksame therapeutische Maßnahme der chirurgische Herzklappenersatz. Allerdings können geschwächte Patienten diesem umfassenden Eingriff häufig nicht unterzogen werden, so dass es für einen gewisses Patientenkollektiv keine zufriedenstellende Behandlungsmöglichkeit gibt. Wenn es gelingt pathologische Veränderungen der Herzklappenstruktur frühzeitig zu erkennen und diese Patienten rechtzeitig medikamentös zu behandeln bevor Beschwerden und irreversible Gewebeschäden auftreten, könnte die Patientenversorgung entscheidend verbessert werden. Daher ist die Untersuchung beginnender pathologischer Veränderungen der Klappenstruktur und der Klappendynamik an geeigneten Mäuseherzpräparaten ein wichtiger Schritt für die Entwicklung neuer Diagnoseverfahren und Therapieansätze.
Herzfunktionsuntersuchungen an Taufliegen (Drosophila melanogaster):
Zeitliche Darstellung der Herzkonktraktion: die einzelnen Schläge sind gut erkennbar ebenso wie die lange Pause (Arhythmie).
Drosophila melanogaster ist die am besten wissenschaftlich untersuchte Tierart. An ihr wurden viele durchbrechende Erkenntnisse zur identifizierung des Genoms erzielt. Durch das gute Verständnis dieser Spezies können komplexe Signalwege, die für die Steuerung der Herzfunktion zuständig sind, identifiziert und studiert werden, wodurch Rückschlüsse auf humane Erkrankungen und deren Entstehung möglich sind. Die optische Kohärenztomografie eignet sich in diesem Zusammenhang hervorragend zur schnellen in vivo Bildgebung des Herzens. Über die zeitliche Verfolgung der Herzkontraktion können Rückschlüsse auf funktionelle Veränderungen gezogen werden, wenn normale und genetisch veränderte Fliegen miteinander verglichen werden. Ziel ist es den Einfluss spezifischer Transkriptoren der DNA auf die Bildung/Hemmung der Enzymproduktion zu verstehen die die Steuerung der Herzfunktion maßgeblich beeinflussen.
© Christian Schnabel, KSM
Kooperationen
Dr. Anett Jannasch, Herzzentrum Dresden, Klinik für Herzchirurgie
Dr. Silvio Weber, Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Kontakt
© Julia Walther, KSM
Herr Dr. rer. medic. Christian Schnabel
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Klinisches Sensoring und Monitoring
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