Charaketerisierung von neutrophilen Granulocyten anhand dynamischer, morphologischer Profile in der Asthma Diagnose

• Antragsteller: Dr. Tim Becker
• Fachliche Zuordnung: Biophysik ; Bioinformatik und Theoretische Biologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 328668586

Asthma ist die weltweit häufigste chronische Lungenerkrankung mit mehr als 300 Millionen Betroffenen und stetig steigenden Fallzahlen. Charakteristische Symptome sind akut auftretende Luftnot (Atemnot), Hustenanfälle und Kurzatmigkeit. Während die Diagnose von Asthma auf diesen typischen Merkmalen, dem Ansprechen und Erfolg einer Behandlung sowie Lungenfunktiontests (Spirometrie) basiert, bleiben die eigentlichen Ursachen weitestgehend unbekannt. Aktuelle populationsbasierte und klinische Studien zeigen Korrelationen zu genetischen Vorbelastungen und Umweltwelteinflüssen und weisen darauf hin, dass Asthma als Syndrom mit unterschiedlichen Ausprägungen und Ursachen verstanden werden sollte und nicht als einzelne Erkrankung. Jedoch bleibt die Diagnose der Krankheit weiterhin eine Schwachstelle; besonders bei erkrankten Kindern und älteren Patienten können die erforderlichen Lungenfunktionstests oftmals nicht ausreichend durchgeführt und, was besonders kritisch ist, die Reaktion auf Notfallmedikamente kann nicht vorhergesagt oder getestet werden. Neueste Ergebnisse haben nun jedoch gezeigt, dass ein Tropfen Blut ausreichend ist, um eine Asthma-Erkrankung zu diagnostizieren. Ausgenutzt wird hierbei eine geänderte Migrationsgeschwindigkeit von weißen Blutzellen (neutrophilen Granulozyten), die in einem chemotaktischen Gradienten innerhalb eines Mikrofluidiksystems gemessen wurde. Mit unserem Projekt folgen wir einem neuen Ansatz vor, um Lungenerkrankungen und Asthma zu charakterisieren. Hierzu wird eine zukunftsweisende, komplexe Dynamikanalyse einer induzierten, chemotaktischen Migration von neutrophilen Granulozyten entwickelt. Wir etablieren einen einfachen Migrationsassay, der eine gerichtete Migration der Neutrophilen induziert und eine detaillierte Analyse ihrer Bewegung ermöglicht. Diese Bewegungsanalyse wird als dynamisches, morphologisches Profil bezeichnet. Das Projekt stützt sich auf fortgeschrittene Methoden der Bildverarbeitung, der statistischen Datenanalyse und des Maschinellen Lernens um verschiedenen Subtypen von Asthma anhand der Migrationsprofile und morphologischen Eigenschaften der beobachteten neutrophilen Granulozyten zu identifizieren. Unsere Hypothese ist, dass verschiedene Phänotypen von neutrophilen Granulozyten spezifisch für unterschiedliche Formen und Ausprägungen von Asthma sind. Letztendlich streben wir eine spezifische Diagnose und Therapie im Bereich der personalisierten Medizin von Asthma und Lungenerkrankungen mit Hilfe unserer neuen, migrationsbasierten Phänotypisierung an.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeberin: Privatdozentin Anne Carpenter, Ph.D.