Extrazelluläre Biotechnologie

Ausgewählte Publikationen

Geweberegeneration und Altern

Die Regenerationsfähigkeit von Organen und Geweben nimmt mit zunehmendem Alter ab. Erste Anzeichen einer verminderten Resilienz nach traumatischen Verletzungen werden bereits im Alter von 45 bis 50 Jahren beobachtet. Neben mehreren anderen Faktoren wurde die zelluläre Seneszenz als wesentlicher Treiber für das Altern, altersassoziierte Erkrankungen und damit auch für eine verminderte Belastbarkeit identifiziert. Tatsächlich führt die Eliminierung seneszenter Zellen in verschiedenen vorklinischen Modellen altersassoziierter Erkrankungen wie Osteoarthritis oder Osteoporose, aber auch bei der Knorpel- oder Knochenregeneration nach traumatischen Verletzungen zu einem späteren Einsetzen oder einer Verbesserung der spezifischen Zustände.

Um zu verstehen, wie sich seneszente Zellen, die sich mit zunehmendem Alter im Körper ansammeln, negativ auf die Organ- und Gewebefunktion und -regeneration auswirken, konzentrieren wir uns auf die Funktion von miRNAs (Brenner et al., 2021; Terlecki-Zaniewicz et al., 2019) und differenziell regulierten Proteinen in seneszenten und gestressten Zellen, in Gewebekulturmodellen (Weinmüllner et al., 2017; Weinmüllner et al., 2020) und deren Auswirkungen auf die Geweberegeneration und die Alterung des Organismus (Heissenberger et al., 2020, 2019; Schosserer et al., 2015). ), was auch die Identifizierung neuer senolytischer Ziele und Therapeutika ermöglicht. Darüber hinaus gilt die entzündungsfördernde Aktivität seneszenter Zellen über ihren seneszenz-assoziierten sekretorischen Phänotyp (SASP) als wichtiger Treiber des Alterungsprozesses und als Inhibitor einer ausreichenden Steigerung der proregenerativen Aktivität der endogenen Reparaturmechanismen. Daher konzentrieren wir uns auf SASP-Faktoren einschließlich Lipide (Narzt et al., 2020; Pils et al., 2021) und zirkulierende miRNAs als Biomarker für seneszente Zelllasten im Organismus oder als Diagnostika bei altersassoziierten Erkrankungen, sowie auf die pro-inflammatorische SASP (Grillari et al., 2020; Hackl et al., 2015; Heilmeier et al., 2022; Morsiani et al., 2021) als therapeutisches Ziel. Wir sind insbesondere daran interessiert, extrazelluläre Vesikel von MSCs als Plattformtechnologie (Gimona et al., 2021; Vogt et al., 2021, 2018) zu potenziellen therapeutischen Strategien für die Geweberegeneration bei jungen und älteren Menschen zu entwickeln. Getestet werden diese in Zusammenarbeit mit allen Gruppen am LBI Trauma, insbesondere im Rahmen der Wundheilung, sowie in der Knochen-, Knorpel- und Neuroregeneration.

Gefäßbiologie

Ob im gesunden oder im kranken Körper, Gefäße spielen eine fundamentale Rolle. Sie transportieren das Blut vom Herzen in den ganzen Körper und leiten die Gewebeflüssigkeit (Lymphe) wieder ab. Zellen, die das Innere dieses röhrenförmigen Systems im Körper auskleiden, nennt man Endothelzellen. Im menschlichen Körper wiegen sie zusammen etwa ein Kilogramm und alle Gefäße in einer Linie aneinandergereiht könnten die Erde zweimal umspannen.

Die Gruppe von Wolfgang Holnthoner erforscht die grundlegenden Funktionen von Endothelzellen hinsichtlich der Neubildung und dem Wachstum von Blut- und Lymphgefäßen. In der Geweberegeneration werden neue Gefäße zum Sprossen angeregt, damit Organe mit Sauerstoff und Nährstoffen versorgt werden können. Weitere Forschungsschwerpunkte sind außerdem:

Isolierung endothelialer Zellen und ihrer Vorläuferzellen aus peripherem Blut und Fettgewebe
Einsatz von Ko-Kulturen von Endothelzellen und mesenchymalen Stammzellen als Hilfsmittel für die Vaskularisierung im Tissue Engineering
Die Rolle von Endothelzellen in der Blutgerinnung
Die Rolle von extrazellulären Vesikeln wie Mikropartikeln und Exosomen in der Gefäßbiologie
Der Einfluss von purinergen Signalwegen in der Gefäßneubildung

Ziel ist dabei, Strategien für die Vaskularisierung zu entwickeln, die in der Klinik angewendet werden können. Im Mittelpunkt steht die Charakterisierung und Entwicklung von künstlich erzeugten Gefäßstrukturen. Außerdem wird die Regeneration von bereits existierenden Blut- und Lymphgefäßen erforscht.

Nanopartikel-basierte Therapien

Der Forschungsschwerpunkt ist die Entwicklung von Methoden zur quantitativen Analyse biologischer Systeme auf der Nanoskala. Unsere Gruppe verfügt über langjährige Erfahrung in der Einzelmolekül-Fluoreszenzmikroskopie, Kraftmikroskopie sowie 2D/3D-Nanolithographie. Durch die genaue Lokalisierung und Messung der Dynamik von Biomolekülen und die Bestimmung molekularer Wechselwirkungen versuchen wir, ihre Funktion sowohl in Modellsystemen als auch in lebenden Zellen zu verstehen. Aktuell beschäftigen wir uns mit der Methodenentwicklung zur Charakterisierung und zum Verständnis physikalischer Eigenschaften einzelner Zellen, Nanobiopartikel oder Lipide und Proteine. Ein weiterer wichtiger Aspekt unserer Arbeit ist die Anwendung unserer Forschung auf die Entwicklung von Gerätetechnologien und Bildverarbeitungswerkzeugen.