Projekte

Im breit aufgestellten Forschungsprogramm der Klinik wird auf verschiedenste Weise versucht, die Pathophysiologie von Frühgeborenen-Erkrankungen besser zu verstehen und innovative Protektionsansätze zu konzipieren. Dabei gehen die einzelnen Arbeitsgruppen sehr unterschiedliche Wege, das Methodenspektrum reicht von Experimenten mit kultiviertenZellen und neugeborenen Tieren über bettseitige Echokardiographiemessungen der experimentellen und klinischen Atemfunktionsdiagnostik und Bestimmung kreislaufwirksamer Peptide bis hin zur Erforschung unserer eigenen inneren Einstellungen im Wandel der Zeit.

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Forschungsprojekte an der Klinik für Neonatologie

Schädigungsmechanismen am unreifen Gehirn anhand von Zellkulturen, Projektleitung: Dr. Monika Berns

An primären Neuronenkulturen und Astrozytenzelllinien werden die Auswirkungen klinisch relevanter Schädigungsmechanismen und der Einfluss protektiver Maßnahmen untersucht. Die Zellkultur bietet die Möglichkeit, die Art der Schädigung sowie intrazelluläre Signalabläufe betrachten zu können. Durch das Verständnis der Mechanismen auf zellulärer Ebene können Rückschlüsse auf neonatale Hirnschädigungen gezogen werden. Schwerpunkte der Forschung liegen auf der Schädigung durch Hyperoxie und der zeit- und dosisabhängigen protektiven Effekte von Östrogen und Progesteron bei Astrozyten und durch Anästhetika.

Mitarbeit: Stefanie Endesfelder, Anna Wolter, Christoph Bührer

Kooperationen: Klinik für Anästhesie und operative Intensivmedizin der Charité, Klinik für Anästhesiologie und operative Intensivmedizin, Asklepios Klinik Harburg

Frühgeborenen-Retinopathie (ROP) – Prädiktion, Verlauf und Behandlung, Projektleitung: Prof. Dr. Christoph Bührer

Nur bei einer kleinen Anzahl der Frühgeborenen, die einem ROP-Screening unterzogen werden, kommt es zu einer behan-dlungswürdigen ROP. Nachdem sich in einer lokalen Pilotstudie die NTProBNP/Kreatinin-Ratio im Urin als starker Prädiktor einer behandlungsbedürftigen ROP erwiesen hatte (Czernik C et al, Pediatrics 2011), zeigten sich in einer Multicenterstudie (‚REDEXAM‘, reducing eye examination in preterm infants) mit 967 Frühgeborenen mit einem Gestationsalter < 30 Wochen in 9 europäischen und vorderasiatischen Universitätskliniken (Newcastle, Amsterdam, Leuwen, Oslo, Berlin, Linz, Wien, Ankara und Jerusalem) rund viermal höhere NT-proBNP-Konzentration im Urin an den Lebenstagen 14 und 28 bei Kindern, die später eine behandlungsbedürftige ROP entwickelten, als bei Kontrollen. Enttäuschenderweise reichte die Zusatzinformation der NTproBNP-Konzentration im Urin nicht aus, um einer relevanten Anzahl von Kindern die Screening-Untersuchung ganz zu ersparen (Bührer C et al, Pediatr Res 2017). Keine signifikanten NTproBNP-Unterschiede wurden bei Frühgeborenen mit oder ohne ROP mit einem Gestationsalter zwischen 30 und 32 Wochen beobachtet, bei denen allerdings keine behandlungsbedürftigen Fälle aufgetreten waren (Berrington J et al, Acta Paediatr 2018). Für die Therapie der ROP im Stadium einer drohenden Netzhautablösung steht mit der intraokularenInjektion von VEGF-Antagonisten eine neue RCT-geprüfte Option zur Verfügung, deren Einsatz einer kontinuierlichen Evaluation bedarf (Mueller B et al, Br J Ophthalmol 2017) Die ROP geht mit einer lokalen Hyperämie einher, die sich allerdings schwer quantifizieren lässt. In einer Pilotstudie (Hartenstein S et al,J Perinatol 2015) hatte sich gezeigt, dass die mittels Ultraschall durch das geschlossene Augenlid gemessenen Blutflussgeschwindigkeiten in den zentralen retinalen Venen und Arterien bei florider ROP rund 50% höher liegen als bei Kindern ohne ROP. In einem Folgeprojekt wird untersucht, ob sich nach einer Intervention der Therapieerfolg in einem Abfall der ultraschallbestimmten Blutflussgeschwindigkeiten widerspiegelt. Der natürliche Verlauf von ROP und infantilen Hämangiomen, die überdurchschnittlich häufig gemeinsam auftreten, zeigt zahlreiche Parallelen. Infantile Hämangiome lassen sich durch oral appliziertes Propranolol zur Regression bringen, und eine Zusammenfassung erster Pilotstudien deutet darauf hin, dass auch die ROP auf orale Propranololgaben anspricht (Bührer C & Bassler D, Neonatology 2015). Über eine Ausschreibung der europäischen Forschungsinitiative E-Rare (Repurposing – Einsatz bekannter Arzneimittel für seltene Erkrankungen)gelang es, Mittel für eine große Multizenterstudie (ROPROP) zu bekommen. Die Studie ist auf eine Fallzahl von 276 Frühgeborenen mit beginnender ROP (Stadium 1 oder 2) angelegt, die in vier Ländern (Deutschland, Türkei, Schweiz und Israel) rekrutiert werden sollen. Die Genehmigungen der federführenden Ethikkommission und des Bundesamts für Arzneimittel und Medizinprodukte liegen seit Ende 2017 vor, nach der Veröffentlichung des Protokolls (Bührer C et al, BMJ open 2018) ist mit dem Beginn der Patientenrekrutierung im 4. Quartal 2018 zu rechnen.

 

Mitarbeiter: Christoph Czernik, Thomas Schmitz, Franziska Henriette Mohr, Slavica Dimitrovska, Matthias Fröhlich

 

Kooperationen: Ömer Erdeve (Ankara), Dirk Bassler (Zürich), Benjamin Bar-Oz (Jerusalem), Janet Berrington (Newcastle upon Tyne), Karel Allegaert (Leuven/ Rotterdam), Anton van Kaam (Amsterdam), Angelika Berger (Wien), Evelyn Lechner (Linz), Tom Stiris (Oslo), Bert Müller, Antonia Joussen, Sabine Winterhalter (Berlin)

 

Drittmittelunterstützung:Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF), Schweizerischer National-fond (SNF), Türkische Forschungsgemeinschaft für Wissenschaft und Technologie (TÜBITAK), Israelisches Gesundheits-ministerium (MOH).

Neonatale Hämatopoiese, Projektleitung: Dr. Malte Cremer

Circa 50% der extrem untergewichtigen Frühgeborenen sind von einer Thrombozytopenie betroffen. Unklar ist allerdings, ab welchem Thrombozytenwert Thrombozyten transfundiert werden sollten, um Blutungen zu vermeiden. Im Vergleich zu deutschsprachigen Neonatologen transfundieren US-amerikanische Ärzte fast doppelt so häufig. Die Immature Platelet Fraction (IPF) stellt hier möglicherweise einen Parameter dar, der zur Differentialdiagnose und Therapieentscheidung auf der Intensivstation herangezogen werden kann. Daher untersuchen wir die IPF bei Very Low Birth Weight Infants und bei Neugeborenen mit  Allo-Immunthrombozytopenie. Ferner wird die komplexe Regulation der Hämatopoiese durch Zytokine und Wachstumsfaktoren genauer erforscht. Ziel ist es, die Erythropoietin- und Eisensupplementierung bei Frühgeborenen zu optimieren.

Mitarbeit: Christof Dame

Kooperation: Professor Dr. rer. nat. H. Schulze, Experimentelle Biomedizin, Experimentelle Hämostaseologie. PD Dr. med. Dipl. biochem. A. Weimann, Labor Berlin GmbH

Plasma-Biomarker zur Vorhersage einer bronchopulmonalen Dysplasie und echokardiographische Parameter zur Einschätzung der kardialen Belastung bei frühgeborenen Kindern, Projektleitung: Dr. Christoph Czernik

Risiken und Folgen einer BPD sind ein erhöhtes Sterblichkeitsrisiko, entwicklungsneurologische Defizite, Gedeihstörungen und anhaltende pulmonale Probleme. Wenn sich eine BPD entwickelt hat, sind die therapeutischen Möglichkeiten begrenzt und eher symptomatisch als kurativ. Der Fokus liegt daher darauf, die Entwicklung einer BPD frühzeitig günstig zu beeinflussen. Aktuell gibt es keinen Blut- oder Lungenfunktionstest, der es frühzeitig nach Geburt erlaubt, diese Hochrisikopatienten zu identifizieren, um sie so zeitnah einer gezielten Therapie zuzuführen. Das Ziel der Studie ist es, in einer prospektiven Studie zu testen, ob die Biomarker CTproET-1, Neuregulin-1 und MR-proANP und NT-proBNP frühzeitig die Entwicklung einer BPD anzeigen können. Zum anderen wird durch die Messung von neuen echokardiographischen Parametern (TAPSE und RIMP) untersucht, ob sich frühzeitig eine Rechtsherzbelastung identifizieren lässt und ob eine Korrelation zu den Biomarkern festzustellen ist.

Mitarbeit: Payman Barikbin, Vinzenz Boos, Ann-Katrin Minke
Kooperation: Roland Neumann, Universitäts-Kinderspital beider Basel (UKBB), Basel, Schweiz

Protektionsmöglichkeiten des unreifen Gehirns gegenüber O2-bedingten Schädigungen, Projektleitung: Dr. Stefanie Endesfelder

Unsere Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit Schutz- und Schädigungsmechanismen im sich entwickelnden Gehirn während der Phase des schnellsten Wachstums („brain growth spurt“) und in der unreifen Lunge. Während dieser Wachstums- und Reifungsphase von Gehirn und Lunge sind deren Schutzmechanismen noch unterentwickelt, die Organe sind während dieser Phase besonders vulnerabel gegenüber unterschiedlichen Noxen. Neben der Sauerstofftoxizität, resultierend aus den unphysiologisch hohen Sauerstoffkonzentrationen, denen Frühgeborene aufgrund der Geburt und notwendiger Sauerstoffsupplementierung ausgesetzt sind, sind medikamentöse Insulte, wie Anästhetika oder antikonvulsive Medikamente, als ebenso kausal anzusehen. Die Unreife bedingt dabei ein Ungleichgewicht physiologischer Prozesse, wie des respiratorischen Systems und des anti-oxidativen Abwehrsysteme. In dieser redox-instabilen Situation können zahlreiche medizinisch notwendige medikamentöse oder therapeutische Insulte modulierend wirken und sind mit Nebenwirkungen für die Kurz- und Langzeitentwicklung behaftet. Oxidativer Stress spielt bei der Pathogenese vieler Erkrankungen der Frühgeborenen eine entscheidende Rolle, wobei die kausalen Pathologien bisher unvollständig verstanden sind. Neben der Klärung der pathologischen Prozesse ist die Identifizierung möglicher therapeutischer Strategien Ziel der neonatologischen Forschung.

Mitarbeit: Evelyn Strauß, Ruth Herrmann, Hanan Makki, Cornelia Schiller, Thomas Schmitz, Till Scheuer, Christoph Bührer

Protection of immature brain and immature lung against oxygen-induced damage
Project management: Dr. Stefanie Endesfelder

Our study group specializes in protection and damage mechanisms in the developing brain and in the immature lung. During this phase of growth and maturation of the brain and lungs, their protective mechanisms are still underdeveloped, during which the organs are particularly vulnerable to different noxes. In addition to high oxygen partial pressures, these include anticonvulsive drugs and inflammatory mediators.
An increased oxygen concentration for 24-48 h is sufficient to induce a massive infiltration and morphological signs of damage in the lung, whereas predominantly apoptotic cell death is observed in the neonatal brain. Furthermore, the oxygen toxicity leads to a reduction in the postnatal differentiation and proliferative capacity of mature and mature neurons in the dentate gyrus as well as to a delayed expression of relevant neuronal transcription and plasticity factors. The generated data on molecular mechanisms will help us to identify drugs and active compounds as candidates for protection. For this purpose, we will test drugs that are already being used for other clinical indications in newborns and describe their protective effects.

Collaboration: Evelyn Strauss, Ruth Herrmann, Hanan Makki,Cornelia Schiller, Thomas Schmitz, Till Scheuer, Christoph Bührer

Lungenfunktionsmessungen bei spontanatmenden und beatmeten Neugeborenen, Projektleitung: Dr. Hendrik Fischer

Die Darstellung und Objektivierung der Lungenfunktion bei Spontanatmung wie auch bei maschineller Atemunterstützung ist ein Forschungsschwerpunkt der Arbeitsgruppe. Es wurde der Einfluss der operativen Ligatur des Ductus arteriosus (PDA) bei Frühgeborenen mit einem Geburtsgewicht <1500 g auf die Lungenfunktion in den ersten Lebensmonaten untersucht. Computergestützte Analysen von Atemgeräuschen wurden im klinischen Kontext ausgewertet und mit den Ergebnissen der Atemfunktionsdiagnostik verglichen. Für die computergestützte Erkennung von Wheezing (Giemen), einem pfeifenden Atemgeräusch, das auf eine Verengung der Luftwege hindeutet, wurden Studien zur Optimierung der Sensorpositionierung bei Säuglingen durchgeführt. Des Weiteren erfolgten Studien zur Erwärmung und Befeuchtung des Atemgases unter nichtinva siver Atemunterstützung. In hygrothermischen Modelluntersuchungen wurde dazu der Einfluss von Continuous Positive Airway Pressure (CPAP), High-Flow Nasal Cannula (HFNC) und nasaler Hochfrequenz-Oszillationsbeatmung (nHFO) auf die oropharyngeale Atemgaskonditionierung untersucht.

Mitarbeit: Christoph Czernik, Silke Wilitzki, Julia Hartung, Hannes Sallmon, Lia Puder, Tim Ullrich

Kooperationen: Prof. Simon Godfrey (Institute of Pulmonology, Hadassah University, Jerusalem, Israel); Dr. Jakob Usemann (Universitätsspital Basel, Schweiz)

Palliativversorgung bei Neugeborenen, Projektleitung: Dr. Lars Garten

Jährlich versterben in Deutschland ca. 4000 Kinder und Jugendliche bis zum 18. Lebensjahr. Ungefähr 60% dieser Todesfälle ereignen sich im 1. Lebensjahr, davon zwei Drittel innerhalb der ersten 4 Lebenswochen. Somit stellen Neugeborene mit einem Anteil von fast 40% die größte Gruppe innerhalb aller Todesfälle im Kindes- und Jugendalter dar. Im Rahmen verschiedener Projekte werden aktuell folgende Themen untersucht: (1) Prävalenz, Diagnoseverteilung und klinischer Verlauf von Neugeborenen mit lebenslimitierenden und –bedrohlichen Erkrankungen, (2) Belastungen für das Team im Rahmen einer Palliativversorgung auf pädiatrischen und neonatologischen Intensivstationen, (3) Sterben und Überlebensqualität bei Frühgeborenen an der Grenze derLebensfähigkeit und (4) Besondere Aspekte postnataler Palliativversorgung im Kreißsaal.

Mitarbeit: Andrea Danke, Susanna Glöckner, Lena Nazary, Sjourkje Ohlig

Kooperation: Dr. med. Tobias Reindl (SAPPV-Team KinderPACT Berlin, Klinik f. Pädiatrie mit Schwerpunkt  Onkologie/ Hämatologie der Charité)

Modulation von VEGF und dessen Rezeptoren während des Ductusverschlusses, Projektleitung: PD Dr. med. Petra Koehne

Der stärkste Kontraktionsstimulus für den Ductus arteriosus (DA) ist der postnatale Anstieg der Sauerstoffkonzentration. An die Phase des funktionellen Ductusverschlusses schließt sich der Gefäßumbau an, der im definitiven Verschluss des DA durch Ligamentation endet. In dieser Phase führt die lokale Hypoxie zur Ausschüttung von Wachstumsfaktoren wie VEGF (vascular endothelial growth factor). Bei sehr unreifen Frühgeborenen können beide Phasen des Ductusverschlusses gestört sein. Etwa ein Viertel dieser Kinder sind von einem persistierenden Ductus arteriosus (PDA) betroffen, der sich nach medikamentöser Intervention mit den COX-Inhibitoren Ibuprofen oder Indomethacin nur bei ca. 60% erfolgreich verschließt. An einem vergleichenden Endothelzellkulturmodell embryonaler Ratten aus dem DA, der Aorta und der LPA wird die Wirkung von Ibuprofen und Indomethacin auf die Expression von VEGF und dessen Rezeptoren in Hypoxie, Hyperoxie, sowie mit begleitender Entzündungsstimulation untersucht. Die Ergebnisse zeigen unter anderem, dass Ibuprofen im Gegensatz zu Indomethacin die VEGF-Expression am DA steigert. Des Weiteren sind die Regulation des VEGF durch den hypoxieinduzierbaren Faktor (HIF) und das Zusammenspiel mit dem Prostaglandinstoffwechsel Gegenstand der Untersuchungen. Folgende Methoden finden hierbei Anwendung: TaqMan-PCR, ELISA, Western blot, Immunhistochemie. Ziel des Projektes ist ein besseres Verständnis der molekularbiologischen Prozesse des Ductusverschlusses bei Frühgeborenen.

Mitarbeiter: Sandra Akanbi, Hannes Sallmon(DHZB), Sven Weber (DHZB)

Kooperation: Alexander Gratopp, Klinik für Allgemeine Pädiatrie

Untersuchung von COX-, VEGF- und P450-Polymorphismen bei sehr unreifen Frühgeborenen mit und ohne persistierenden Ductus arteriosus, Projektleitung: PD Dr. Petra Koehne

Postnatal kommt es im Rahmen der Kreislauf-Umstellung bei sehr unreifen Frühgeborenen < 1500g (VLBW) häufig zum verzögerten Verschluss des Ductus arteriosus, so dass bei etwa 30% dieser Kinder ein interventioneller Ductusverschluss erforderlich wird. Zunächst wird ein medikamentöser Verschluss mit Hilfe der nicht-selektiven COX-Hemmer Indomethacin und Ibuprofen (Metabolisierung in der Leber über das P450-Enzymsystem) angestrebt. Bei Therapieversagen und fehlgeschlagener Entwöhnung von der künstlichen Beatmung wird häufig eine chirurgische Ductusligatur erforderlich.

Unter der Annahme, dass eine Prädisposition für einen persistierenden Ductus bzw. ein fehlendes Ansprechen auf die pharmakologische Ductusintervention beispielsweise durch eine schnellere Metabolisierung von Ibuprofen und Indomethacin in Zusammenhang mit genetischen Veränderungen steht, werden in dieser Studie Polymorphismen der COX-2 (765G>C), VEGF- (405G>C) und P450-Gene (CYP2C8*3) durch DNA-Extraktion aus bereits vorliegenden Filterpapierkarten untersucht. Die gewonnenen Erkenntnisse könnten zu einem besseren Verständnis darüber führen, weshalb ca. 30-40% der Frühgeborenen mit persistierendem Ductus arteriosus (PDA) nicht auf eine medikamentöse Therapie ansprechen und somit zukünftig zu einer Verbesserung des klinischen Therapieschemas beitragen.

Mitarbeit: Stefanie Endesfelder, Christina Bode, Hannes Sallmon (DHZB)

Langzeit-Follow-up von Kindern diabetischer Mütter, Projektleitung: PD Dr. Petra Koehne & Dr. Jens Stupin

Früh- und reifgeborene Kinder diabetischer Mütter, die an der Studie „Hormone in Kolostrum und reifer Muttermilch von Müttern mit und ohne Gestationsdiabetes“ teilgenommen hatten, werden im Alter von 5-7 Jahren nachuntersucht. Es werden Daten zum Auftre¬ten von Adipositas, Übergewicht, Stoffwechselerkrankungen, Hypertonie, Infektionskrankheiten und Entwicklungsverzögerungen sowie Wachstumsdaten in den letzten Jahren erfasst. Wesentliche Parameter des Kohlenhydrat- und Fettstoffwechsels und des Hormonhaushaltes werden im Blut gemessen. Aktuelle Daten der Körpermaße, der Hautfaltendicke, des Blutdruckes werden gemessen. Ein Entwicklungstest (BUEGA II bzw. BUEVA) wird bei allen Kindern durchgeführt. In der Literatur gibt es Anhaltspunkte, dass eine normoglykäme Stoffwechsellage, ein normales Geburtsgewicht und eine lange Stilldauer einen protektiven Einfluss auf die Verhinderung einer metabolischen Programmierung haben könnten. Die Studie befindet sich in der Endphase der Nachuntersuchungen.

 

Kooperation: Abteilung für Experimentelle Geburtsmedizin, Charité (Prof. Plagemann)

Dr. H. Harder

PD Dr. Andrea Lou

 

Oxytocinmessung bei Frühgeborenen und ihren Eltern, Projektleitung: Dr. Ariane Kusztrich

Auf der Neugeborenen-Intensivstation ist die Etablierung einer sicheren Mutter-Kind-Bindung von kleinen Frühgeborenen und ihren Eltern häufig erschwert. Das vom Hypophysen-Hinterlappen ausgeschüttete Hormon Oxytocin spielt hierbei eine wichtige Rolle. Es wird die Oxytocin-Konzentration im Urin der kleinen Frühgeborenen und ihren Eltern vor und nach Maßnahmen, die der Unterstützung der Mutter-Kind-Bindung dienen (z.B. Känguruhing, Stillen, Musiktherapie) gemessen. Ziel der Studie ist es, die Bindung und Oxytocin-Freisetzung der betroffenen Eltern-Kind-Paare besser unterstützen zu können und somit auch in der Neonatologie eine Umgebung anzubieten, in der sich eine liebevolle Mutter-Kind-Bindung entwickeln kann.

 

Mitarbeit: Prof.Dr. Christoph Bührer

 

Kooperation: Prof. Dr. Claudia Buß, Prof. Dr. Sonja Entringer Dipl.-Bioing. Heiko Klawitter,Institut f. Medizinische Psychologie, Charité Universitätsmedizin Berlin

Veränderte Entwicklung von Nervenzellen des Kleinhirns durch Sauerstoff, Projektleitung: Dr. Thomas Schmitz

Sehr unreife Frühgeborene mit einem Geburtsgewicht unter 1500g haben ein erhöhtes Risiko für eine veränderte neurologische Entwicklung. Neben Veränderungen der Hirnrinde und der weißen Hirnbustanz spielt nach neueren Erkenntnissen auch eine veränderte Kleinhirnentwicklung eine wichtige Rolle. In der frühen Entwicklungsphase ist das Kleinhirn von Frühgeborenen besonders empfindlich für störende Umweltfaktoren. In unserer Studie soll der Einfluss von Sauerstoff-Toxizität auf die Entwicklung der unreifen Neurone des Kleinhirns im Rattenmodell analysiert werden. Es werden sechs Tage alte Ratten über 24h bis unter 80% O2 gehalten. In den immunhistologischen Ergebnissen reduziert Hyperoxie im Kleinhirn die Proliferation von (Pax6+) unreifen Neuronen der Kleinhirnrinde (externer granulärer Layer, EGL). Zelltod wurde in den Zellen nicht gefunden. Transkriptionsfaktoren für die Regulation der neuronalen Entwicklung werden durch Hyperoxie vermindert. Im jugendlichen Alter von 30 Tagen zeigten Ratten nach neonataler Hyperoxie eine reduzierte Größenentwicklung der Kleinhirne. Künftig sollen Reifungsdefizite und Veränderungen von Astrozyten mit potentiellem Einfluss auf die neuronale Entwicklung getestet werden.

Mitarbeiter: Till Scheuer, Yuliya Sharkovska, Stefanie Endesfelder, Christoph Bührer, Ruth Herrmann, Evelyn Strauss

Kooperationen: Victor Tarabykin, Institut für Neurobiologie, Charité Universitätsmedizin Berlin

Impaired development of neurons of the cerebellum caused by oxygen

Preterm infants of less than 1500g birth-weight often suffer from neurological maldevelopment. Due to recent research, brain injury after premature birth often includes impaired growth of the cerebellum. However, underlying causes are poorly understood. In this study, we will analyze whether postnatal hyperoxia perturbs neuronal development of the cerebellum. We are exposing newborn rats to 80% O2 for 24h from age day 6 to day 7, followed by recovery in room air until young adult ages. Numbers of proliferating immature neurons of the cerebellar cortex are markedly reduced after hyperoxia, while cell death is not changed. Transcription factors for the regulation of neuronal development are clearly altered by high oxygen. Moreover, postnatal growth of the cerebellum is reduced until juvenile ages after neonatal exposure to hyperoxia. In the future, we will investigate the role of astroglial changes caused by increased oxygen that might contribute to neuronal damage in the cerebellum.

Research team: Till Scheuer, Yuliya Sharkovska, Stefanie Endesfelder, Christoph Bührer, Ruth Herrmann, Evelyn Strauss

Collaboration: Victor Tarabykin, Institute of Neurobiology, Charité University Hospital Berlin

 

 

Systemische Entzündungen in der Perinatalperiode verändern das Kleinhirn, Projektleitung: Dr. Thomas Schmitz

Obwohl schwere Hirnschädigungen in der perinatalen Periode seltener werden, leiden ehemalige Frühgeborene oft bis ins Erwachsenenalter an neurologischen Einschränkungen und kognitiven Defiziten. Insbesondere das Kleinhirn befindet sich bei Frühgeborenen noch in einer hoch vulnerablen Entwicklungsphase und ist anfällig für Schädigungen. Eine bekannte Ursache für Hirnschäden von Frühgeborenen stellt perinatale Infektion dar. Wir untersuchen im Mausmodell den Einfluss postnataler Stimulation mit dem Entzündungsmediator Interleukin-1β auf die Entwicklung der weißen Substanz im Kleinhirn. Mäuse, die mit Interleukin-1β behandelt wurden hatten signifikant weniger proliferierende Oligodendroglia (Olig2+) ohne Veränderungen der Zelltodrate. Die Myelinisierung (MAG und MOG) ist im Alter von 10 Lebenstagen stark vermindert und es sind im Erwachsenenalter von 45 Lebenstagen strukturelle Defizite zu erkennen. Durch den inflammatorischen Stimulus kommt es außerdem zu einer massiven Proliferation von Mikroglia (Iba1+) mit höherer Aktivierung. Gegenstand aktueller und zukünftiger Forschung ist die langfristige Rolle der Mikroglia im inflammatorischen Prozess sowie Interaktionen zwischen Mikroglia und Oligodendroglia.

Mitarbeiter: Luisa Klein, Till Scheuer, Stefanie Endesfelder, Christoph Bührer, Ruth Herrmann, Evelyn Strauss

Kooperationen: Bobbi Fleiss (Centre for the Developing Brain, King’s College London, England), Pierre Gressens (PROTECT, INSERM, Université Paris Diderot, Frankreich)

Systemic inflammation in the perinatal period disrupts the cerebellar development

Nowadays, severe brain damage in the perinatal period occurs less frequently, yet many former premature infants are suffering from neurological limitations and cognitive deficits until adulthood. In particular, the cerebellum is in a highly vulnerable period of development and susceptible to impairments. A well-known cause of brain injuries in preterm infants is infection. We are investigating the influence of postnatal stimulation with the inflammatory cytokine interleukin-1β on the development of cerebellar white matter in a mouse model. Oligodendroglia (Olig2+) in mice treated with interleukin-1β are proliferating significantly less whilst not showing differences in apoptotic cell death. Myelinisation (MAG and MOG expression) is strongly reduced after 10 days of life and deficits of myelin can be seen at an adult age of 45 days of life. Furthermore, the inflammatory stimulus induces a massive proliferation of microglia (Iba1+) and microglial activation. Focus of current and future research is the role of microglia in the inflammatory process long-term as well as interactions between oligodendroglia and microglia.

Research team: Luisa Klein, Till Scheuer, Stefanie Endesfelder, Christoph Bührer, Ruth Herrmann, Evelyn Strauss

Collaboration: Bobbi Fleiss (Centre for the Developing Brain, King’s College London, England), Pierre Gressens (PROTECT, INSERM, Université Paris Diderot, France)

Die Rolle von GATA4 während der Gonadenentwicklung, Projektleitung: Dr. Lina Sciesielski, Prof. Dr. Christof Dame

Ziel des Forschungsprojekts ist es, die Relevanz des Transkriptionsfaktors GATA4 für die normale und gestörte Entwicklung der weiblichen und männlichen Genitalorgane genauer zu charakterisieren. Aufgrund seiner zentralen Bedeutung bei der Determinierung des Geschlechts und bei der nachfolgenden Differenzierung der Keimdrüsen eignet sich der Transkriptionsfaktor GATA4 in besonderer Weise, Verknüpfungen in einem komplexen Netzwerk von Genen aufzudecken, welche die Genitalentwicklung von Mädchen und Jungen steuern. Die Krankheitsrelevanz kann beim Menschen mit Mutationen im GATA4-Genlocus (MIM #615542) nachvollzogen werden. In diesem Forschungsprojekt werden in explantierten Wildtyp-Gonaden der fetalen Maus ex-vivo mittels RNA-Interferenz die Auswirkungen eines Funktionsverlusts von GATA4 analysiert. Bislang wurde das Modellsystem anhand bekannter GATA4-Zielgene validiert. Diese a priori voreingenommene Sicht auf das genetische Netzwerk soll nun durch eine Analyse der Proben aus den intakten Gonadenanlagen überwunden werden, was eine weiterreichende Interpretation der Daten ermöglicht. Wir erwarten durch den Erkenntnisgewinn einen Vorteil für eine innovative molekulare Diagnostik transkriptioneller Netzwerke und neue Impulse für eine zielgerichtete Behandlung bei angeborenen Genitalfehlbildungen und Reproduktionsstörungen.

Kooperationspartner: Dr. K. Kirschner, Prof. Dr. H. Scholz (Institut für Vegetative Physiologie, Charité)
Drittmittelförderung: Förderverein für frühgeborene Kinder an der Charité e.V.

Molekulare Mechanismen der Adaptation an intrauterine und perinatale Veränderungen des Sauerstoffpartialdrucks, Projektleitung: Dr. Lina Sciesielski, Dr. Karin Kirschner, Prof. Dr. Christof Dame

Für die normale intrauterine Entwicklung ist eine adäquate Sauerstoffhomöostase essenziell. Die Anpassung an die plazentare Oxygenierung wird durch komplexe molekulare Mechanismen reguliert, die das Sauerstoffsensing und die Expression Sauerstoff-regulierter Gene steuern. Dieses System ist entwicklungsabhängig programmiert, um den Körper zum normalen Geburtszeitpunkt auf den raschen Anstieg des Sauerstoffpartialdrucks (pO2) mit Beginn der Lungenatmung vorzubereiten. Bei sehr unreifen Frühgeborenen kommt es jedoch durch die plötzliche, vorzeitige Hemmung der Expression Sauerstoff-abhängiger Gene wie Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) oder Erythropoietin (EPO) zu typischen Erkrankungen, die schwere entwicklungsneurologische Störungen mit lebenslanger Behinderung verursachen können. Für die Untersuchung der Pathophysiologie einer gestörten Sauerstoff­homöostase stellt EPO ein faszinierendes Modellsystem dar. Die EPO-Gentranskription wird über ein Sauerstoffsensingsystem moduliert, zu dem die Prolyl­hydroxylasen (PHDs) und der Hypoxie Induzierbare Faktor (HIF) gehören. Dabei unterliegt die HIF-abhängige EPO-Expression signifikanten Veränderungen in Bezug auf die Sauerstoffverfügbarkeit (höhere Produktionskapazität in Nieren) und Perfusion (Leber-Nieren-Switch). Das EPO-Modell benutzen wir, um die intrauterine und perinatale Adaptation des Sauerstoffsensingsystems unter Hypoxie und Hyperoxie als Ursache der Erkrankungen sehr unreifer Frühgeborener zu beleuchten.   

Mitarbeiter: Dr. Charlotte Jacobi
Kooperationspartner: Prof. Dr. R. Wenger (Institut für Physiologie, UZH Zürich)
Drittmittelförderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (SC132/3-1)

Etablierung eines raschen Screenings auf Hochrisikokeime bei Früh- und Neugeborenen auf der Intensivstation. Projektleitung: Dr. Lina Sciesielski, Prof. Dr. Christof Dame

Ziel des Projekts ist die Etablierung einer Polymerase-Kettenreaktion (PCR) basierten Screening-Methode zum Nachweis einer Besiedlung mit Serratia marcescens im Rachen- oder Rektalabstrich von Hochrisiko-Frühgeborenen und schwer kranken Neugeborenen, die auf der neonatologischen Intensiv- oder Überwachungsstation behandelt werden. Die hochgradig spezifische und sensitive PCR-Diagnostik soll innerhalb einer 8-Stunden Schicht den Besiedlungsstatus mit Problemkeimen klären. Durch Nutzung der real-time PCR-Technik kann sie in einem hohen Maß automatisiert und zügig durchgeführt werden. Die Methodik ist hinsichtlich der Entscheidungen zur Verbesserung der Patientensicherheit (Isolierung, Kohortierung, kalkulierte first-line Antibiotika-Therapie) der mikrobiologischen Standarddiagnostik (Anzüchtung auf (Selektions-) Agarplatten; Dauer mind. 48 h) zeitlich signifikant überlegen. Mit dem PCR-basierten mikrobiologischen Screening werden die vom Robert-Koch-Institut (RKI) geforderten Maßnahmen für eine effektive Infektionsprävention bei Früh- und Neugeborenen maßgeblich verbessert und zudem die sich aus dem Infektionsschutzgesetz (IfSG) ergebenden Anforderungen rascher umgesetzt. Die verringerte Häufigkeit nosokomialer Infektionen wird sich auch auf die entwicklungs-neurologische Prognose der Früh- und Neugeborenen positiv auswirken.

Mitarbeiter: Nicole Dinse
Kooperationspartner
: Prof. Dr. P. Gastmeier und PD Dr. A. Kola (Institut für Hygiene und Umweltmedizin, Charité), PD Dr. A. Moter (Deutsches Herzzentrum Berlin)
Drittmittelförderung: Stiftung Charité

Molekulare Neonatologie, Leiter: Prof. Dr. Christof Dame

Schwerpunkt der Forschungsarbeiten ist u.a. die Identifizierung von Mechanismen der entwicklungsabhängigen und gewebespezifischen Genregulation, insbesondere durch Transkriptionsfaktoren. Die drei Hauptprojekte, greifen thematisch und methodisch eng ineinander. Dabei ergibt sich die Auswahl der untersuchten Gene aus klinisch relevanten Fragestellungen. Das Verständnis der Regulation entwicklungsabhängig exprimierter Gene ist ein wichtiger Baustein für zukünftige therapeutische Konzepte in der Neonatologie bzw. in der Kinder- und Jugendmedizin.

1. Erythropoietin (Epo) und sein Rezeptor (EpoR):

· Molekulare Mechanismen der entwicklungsabhängigen und gewebespezifischen Expression

· Hämatopoietische und nicht-hämatopoietische Effekte von rekombinantem Epo (rEpo)

· Neuroprotektion des sich entwickelnden Nervensystems durch rEpo

2. Thrombopoietin (Tpo) und sein Rezeptor (c-mpl):

· Funktion und Regulation von Tpo/TpoR im Gehirn und Herzen

· Normale und gestörte Megakaryopoiese beim Neugeborenen sowie im Kindes- und Jugendalter

3. Transkriptionelle Genregulation:

· GATA Transkriptionsfaktoren und ihre Cofaktoren in der Regulation der entwicklungs-abhängigen Genexpression

· GATA Transkriptionsfaktoren in der Pathogenese humaner Erkrankungen (Schwerpunkt Down-Syndrom, HDR-Syndrom, Neuroblastom)

· Biologie der Yin-Yang Transkriptionsfaktoren YY1 und YY2

Mitarbeit: Malte Cremer, Philipp Deindl, David Drews, Victoria Hoene, Juliane Langer, Martin Klar, Barbara Mitko, Sandy von Salisch, Christin Staar, Oliver Winter.

Doktoranden und studentische Mitarbeiter: Jan-Philipp Albersmeier, Niels-Peter Becker, Iman Damrah, Anna Ehlen, Sarah Fleischer, Menen Mund, Judith Paetzold, Carolin Rau, Hannes Sallmon.

Kooperationspartner: Dr. M. Ballmaier (Klinik für Pädiatrische Hämatologie und Onkologie, Medizinische Hochschule Hannover), Prof. Dr. F. Berger (Klinik für Kinderkardiologie, Charité, Deutsches Herzzentrum Berlin), Prof. Dr. A. Bräuer (Institut für Neuroanatomie, Charité), Prof. Dr. H.U. Bucher (Klinik für Neonatologie Universitätsspital Zürich), Prof. Dr. J. Bungert (Department of Biochemistry and Molecular Biology, University of Florida), PD Dr. Th. Cramer, Dr. Nadine Rohwer (Klinik für Innere Medizin m. S. Gastroenterologie, Charité), Prof. Dr. J. Fandrey (Institut für Physiologie, Universität Duisburg-Essen), PD Dr. M. Fischer (Abteilung für Pädiatrische Hämatologie und Onkologie, Universität Köln), Prof. Dr. M. Gassmann (Institut für Physiologie, Vetsuisse, Universität Zürich), PD Dr. O. Hoffmann (Abteilung für Experimentelle Neurologie, Charité; St. Josephs Krankenhaus Potsdam), Prof. Dr. A. Kramer (Institut für Immunologie, Charité), Prof. Dr. H. Krude (Klinik für Allgemeine Pädiatrie, Charité), PD Dr. F. van Landeghem (Institut für Neuropathologie, Universität Bonn), Prof. Dr. H. Scholz (Institut für Physiologie, Charité), Prof. Dr. M.C. Sola (Division of Neonatology, Harvard Medical School, Boston), Prof. Dr. M. Yamamoto (Department of Biochemistry and Molecular Biology, University of Tohoku).

Drittmittelförderung: Clotten-Stiftung, Berliner Krebsgesellschaft e.V., Wilhelm-Sander Stiftung, Förderverein für frühgeborene Kinder in der Charité e.V., Sonnenfeld Stiftung.