Bis zur Fertigstellung des neuen ITM Forschungsgebäudes am Medizincampus (Live Kamera) der Universität Augsburg nutzt der Lehrstuhl aktuell Interimsforschungsflächen im Sigma-Technopark in Augsburg und im Business Campus Garching bei München.

Mechanismen umweltbedingter Erkrankungen

Wir untersuchen, wie Umweltfaktoren im Organismus physiologische Anpassungen hervorrufen oder pathologische Veränderungen auslösen. In diesem Zusammenhang möchten wir die strukturellen und funktionellen Veränderungen, die durch bestimmte Umweltreize - im tagtäglichen Zusammenspiel zwischen Mensch und Umwelt - im Organismus induziert werden, anhand von Modellorganismen grundlegend auf subzellulärer, zellulärer und histologischer Strukturebene erfassen, um schlussendlich die Funktion und Relevanz einer bestimmten Struktur für das Verhalten und die Gesundheit eines Individuums in Bezug auf definierte Umweltfaktoren bestimmen zu können. Innerhalb dieses Spektrums umweltmedizinischer Grundlagenforschung gliedert sich der Lehrstuhl für Anatomie und Zellbiologie in fünf unterschiedliche Arbeitsgruppen (AG 1-5).

Neurobiologie umweltbedingter Stoffwechselerkrankungen

Unser Hauptinteresse ist die Erforschung der zentralnervösen Regulation des Essverhaltens und der Energiehomöostase. In den meisten modernen Industriegesellschaften bietet sich dem überwiegenden Anteil der Bevölkerung eine adipogene Umwelt, also Lebensbedingungen, die krankhafte Fettleibigkeit (Adipositas) fördern und schließlich lebensbedrohliche Folgeerkrankungen wie Diabetes, Krebs, Herzinfarkt und Schlaganfall bei den Betroffenen begünstigen. Zudem erhöht Adipositas die Wahrscheinlichkeit für schwere Covid-19 Krankheitsverläufe und gilt als ein Risikofaktor für neurologische Erkrankungen.

In diesem Zusammenhang fokussiert sich die AG 1 mit der Adipositas auf eine ernährungsbedingte, systemische metabolische Erkrankung. Die übergeordnete Fragestellung in diesem Zusammenhang lautet, wie Essgewohnheiten, Diäten und natürliche Nahrungsbestandteile die Funktion unseres Gehirns und somit unser Verhalten und unsere Gesundheit beeinflussen.

Zudem untersuchen wir die physiologische und pathologische Relevanz von Gewebsmakrophagen für die strukturelle und funktionelle Plastizität definierter Gehirnregionen. Wir möchten verstehen, wie sich Ernährung und andere Umweltfaktoren auf die Arbeitsweise der Mikroglia in definierten ZNS-Regionen auswirken.

Fokus I:

Lipiderge Neurotransmitter in neuralen und neuroendokrinen Schaltkreisen ( DFG-GEPRIS)

Fokus II:

Metabolismus- und umweltabhängige Dynamik intrazellulärer Organellen in neuralen und neuroendokrinen Schaltkreisen

Fokus III:

Mikroglia-abhängiges Remodeling im Hypothalamus

Fokus IV:

Charakterisierung von Makrophagen in zirkumventrikulären Organen

Biliäre Bürstenzellen und ihre Rolle bei Erkrankungen der Gallenblase und extrahepatischen Gallengängen

Entzündungen und Funktionsstörungen der extrahepatischen Gallengänge sind häufige Ursachen für Erkrankungen von Gallenblase und Gallenwegen, wie Gallensteine und das Cholangiokarzinom. Trotz der relativen Häufigkeit dieser Erkrankungen sind die grundlegenden pathophysiologischen Mechanismen wenig verstanden. Die Gallenblase speichert Galle zwischen den Mahlzeiten und entleert sich bei Bedarf in den Zwölffingerdarm. Durch diesen physiologischen Prozess sind die Gallenwege dem Darmmikrobiom ausgesetzt. Diese Exposition erhöht den Bedarf an antimikrobiellen Faktoren. Bürstenzellen („tuft cells“) sind chemosensorische Zellen, die sich besonders häufig in der Schleimhaut der Gallenblase und der extrahepatischen Gallenwege befinden. Unsere bisherigen Ergebnisse zu Untersuchungen der Funktion von Bürstenzellen lassen vermuten, dass tuft cells als Sensoren des mikrobiellen Metaboliten Propionat fungieren, um dichotome angeborene Abwehrmechanismen durch gleichzeitige Freisetzung von Acetylcholin und Cysteinyl-Leukotrienen zu initiieren, die schließlich angeborene Abwehrmechanismen aktivieren.

In diesem Zusammenhang konzentriert sich die AG 2 auf das Verständnis des komplexen Zusammenspiels zwischen biliärer Immunität, Bürstenzellen und dem Mikrobiom, das ein großes Potenzial für ein besseres Verständnis der Gewebehomöostase und der biliären Entzündung bei Gesundheit und Krankheit hat.

Fokus I:

Welche Auswirkung hat die Aktivierung von Bürstenzellen auf Schleimhautproliferation, Schleimproduktion, Entzündung, Immunzellenantwort, Reparatur von Schleimhaut-Zellen, Ionen- und Flüssigkeitssekretion, Gewebehomöostase und Mikrobiom in den Gallenwegen?

Fokus II:

Führt eine gestörte Funktion der Bürstenzellen zu Erkrankungen der Gallenblase und -wege?

Funktionelle Interaktion von Neuronen und Astrozyten in definierten neuralen Schaltkreisen

Astrozyten reagieren auf unterschiedliche metabolische Signale mit strukturellen und funktionellen Anpassungen. So verändert sich je nach Ernährungszustand z. B. die Morphologie der lokalen Astrozyten und die Anzahl ihrer Kontakte zu benachbarten Neuronen in bestimmten Kerngebieten des Hypothalamus. Neben der physiologischen Relevanz der plastischen astrozytären-neuronalen Interaktionen spielen Astrozyten auch eine entscheidende Rolle innerhalb patho-metabolischer Prozesse. Die AG 3 untersucht daher systematisch, wie sich definierte Umweltfaktoren auf die funktionellen Eigenschaften der Astrozyten in definierten Kerngebieten des Hypothalamus, die in einem direkten funktionellen Zusammenhang wie der Steuerung des Essverhaltens, des Energiestoffwechsels, der Temperaturregulation und Aufrechterhaltung zirkadianer Rhythmik stehen, auswirken

Fokus:

Die Rolle von Aquaporin 4 für die funktionelle Anpassung der Astrozytenfunktionen

Zelluläre und molekulare Muskelforschung

Körperliche Aktivität liefert einen wesentlichen Beitrag zur Gesundheit. In diesem Zusammenhang ist die wechselseitige Kommunikation zwischen übergeordneten Zentren im Gehirn, die für die Aufrechterhaltung der Energiehomöostanse verantwortlich sind, und peripherer Gewebe und Organe wie Fett, Leber und Pankreas bedeutend. Überernährung und Bewegungsmangel induzieren Störungen der vegetativen Innervation peripherer Organe. Zudem liegt ein fehlerhaftes Antwortverhalten des ZNS und peripherer Organe gegenüber humoralen Faktoren wie Insulin und Leptin vor. Wir wollen verstehen, wie die Skelettmuskulatur in diesem Wechselspiel involviert ist. So geht die Aktivierung des Skelettmuskels mit der Anregung der unter der Basalmembran zentralständig gelegenen Myoblasten mit Stammzellcharakter, die sogenannten Satellitenzellen, einher. Die AG 4 untersucht den Einfluss vegetativer Innervation und humoraler Faktoren auf das Differenzierungsverhalten von Satellitenzellen unter physiologischen und pathologischen Bedingungen.

Ein weiterer Schwerpunkt liegt in der Analyse degenerativer Veränderungen der Atemmuskulatur nach Corona-Infektion. Atembeschwerden gehören zu den häufigsten gesundheitlichen Langzeitfolgen einer Covid 19-Infektion. Durch eine Coronainfektion kann auch die Atemmuskulatur, wie die Interkostalmuskulatur und das Diaphragma, angegriffen und in Mitleidenschaft gezogen wird. Demnach zeigt sich die Atemmuskulatur im Hinblick auf eine Covid 19 bedingte neuromuskuläre Atemdysfunktion als ein wesentlicher Kofaktor von mittel- bis langfristigen Atembeschwerden. Dabei ist jedoch noch nicht abschließend geklärt, in welchem Ausmaß die auftretende Sarkopenie der Atemmuskulatur auf den Aufenthalt in einer Intensivstation mit Immobilität und temporärer maschineller Beatmung und auf eine Corona 19-Infektion zurückzuführen ist. Es benötigt daher spezifischere Untersuchungen der degenerativen Ab- und Umbauprozesse in der Atemmuskulatur, um die beobachtete neuromuskuläre Atemdysfunktion genauer beurteilen zu können.

In der Studie erfolgt eine systematische, retrospektive Aufarbeitung von Proben des Diaphragmas und der Interkostalmuskulatur, verbunden mit der Fragestellung, inwiefern die regenerative Kapazität und physiologische Struktur der Skelettmuskelfasern sich an eine Corona 19-Infektion adaptieren und physiologische Folgeprozesse des Zellab- und umbaus, des chronischen Sauerstoffmangels und der Immunantwort ablaufen. Spezifische immunhistochemische Proteinmarker der Inflammation, Degeneration, Autophagie und des oxidativen Stresses werden dafür verwendet. Durch die gewonnenen Erkenntnisse kann der klinische und rehabilitative Ansatz zur Behandlung nachhaltiger neuromuskulärer Atemdysfunktionen nach Corona 19-Infektion unmittelbar angepasst werden, Regeneration kann gezielter gefördert und Degeneration der Atemmuskulatur umfassender eingedämmt werden.

Fokus I:

Einfluss vegetativer Innervation und humoraler Faktoren auf das Differenzierungsverhalten von Satellitenzellen unter physiologischen und pathologischen Bedingungen

Fokus II:

Degenerative Veränderungen der Atemmuskulatur als möglicher Kofaktor einer neuromuskulären Atemdysfunktion nach Corona-Infektion

Einfluss von Nahrungsergänzungsmitteln auf Entzündung, Alterungsprozesse und Tumoren

  Die AG 5 untersucht den Einfluss natürlicher Polyphenole auf die Interaktion der Thymozyten, T-Zellen und Adipozyten im Rahmen der mit dem Lebensalter fortschreitenden Involution des Thymus. Desweitern untersuchen wir die Wirkungsweise natürlicher Polyphenole, wie z. B. Resveratrol und Curcumin, im Rahmen von an entzündlichen Prozessen beteiligten Signaltransduktionskaskaden und an altersbedingten Umbauprozessen. Hierdurch soll der prophylaktische Einfluss natürlicher Nahrungsbestandteile wie Resveratrol auf umweltbedingte Erkrankungen wie z. B. Tumorerkrankungen des Kolons, mechanistisch verstanden werden.

Fokus I:

Resveratol vermittelte Effekte auf die Alterung des Thymus

Fokus II:

Die Rolle von Umweltfaktoren und des zentralnervösen Nervensystems auf das Tumormilieu beim kolorektalen Karzinom