Development and Application of Optimized Cardio-Specific AdVector-based Systems for In Situ Establishment of Biological Pacemakers

• Applicants: Professor Dr. Robert David; Professorin Dr. Brigitte M. Pützer
• Subject Area: Cardiology, Angiology ; Cell Biology
• Term: from 2018 to 2022
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 405043883

• Final Report Year: 2022

Final Report Abstract

Dieses Projekt zielte auf die Entwicklung eines "Biologischen Herzschrittmachers" als therapeutischer Ansatz bei Herzerkrankungen ab, die man als „Sick-Sinus-Syndrom“ bezeichnet, denn bisher verwendete elektrische Herzschrittmacher können die Funktion des natürlichen Schrittmachers nur bedingt ersetzen und bedingen immer noch gravierende Einschränkungen hinsichtlich Sicherheit und Lebensqualität einher. Proof-of-Principle eines biologischen Herzschrittmachers sollte im Projekt durch „Direkte Reprogrammierung“ von Arbeitsmyokardzellen mit optimierten Programmierungsfaktor-Kombinationen basierend auf viralen Programmierungsvektoren aufgezeigt werden. Die Programmierungsfaktor-Kombinationen sollten mittels sog. "intelligenter" Adenoviren der Projektpartner in die Zellen eingebracht werden, wobei das adenoviralen Vektoren mit individuellen bispezifischen Adapterproteinen kombiniert werden. Zur Durchführung der entsprechenden in vitro und ex vivo Ansätze wurde den Projektpartnern umfänglich Zell- sowie Gewebekultur-Materialien zur Verfügung gestellt. Die damit erzielten Daten wurden jedoch seitens der Projektpartner bisher nicht mit uns geteilt. Durch die Aufnahme der neuartigen Technologie der Einzelzell-Transkriptomanalysen in das Arbeitsprogramm konnten unsererseits im Projektzeitraum wesentliche neue Erkenntnisse der Funktion von Kardiomyozyten und Schrittmacherzellen, zur direkten Zell(re)programmierung sowie Monitoring der Reifung von Muskelzellen erzielt werden.

Publications

• Analyzing the α-Actinin Network in Human iPSC-Derived Cardiomyocytes Using Single Molecule Localization Microscopy. Journal of Visualized Experiments(165).
  Johann, Lisa; Chabanovska, Oleksandra; Lang, Cajetan Immanuel; David, Robert & Lemcke, Heiko
  
• GLP: A requirement in cell therapies - perspectives for the cardiovascular field. Advanced Drug Delivery Reviews, 165-166, 96-104.
  Müller-Ruch, Ulrike; Skorska, Anna; Lemcke, Heiko; Steinhoff, Gustav & David, Robert
  
• Integrative Cluster Analysis of Whole Hearts Reveals Proliferative Cardiomyocytes in Adult Mice. Cells, 9(5), 1144.
  Galow, Anne-Marie; Wolfien, Markus; Müller, Paula; Bartsch, Madeleine; Brunner, Ronald M.; Hoeflich, Andreas; Wolkenhauer, Olaf; David, Robert & Goldammer, Tom
  
• RNA-Based Strategies for Cardiac Reprogramming of Human Mesenchymal Stromal Cells. Cells, 9(2), 504.
  Mueller, Paula; Wolfien, Markus; Ekat, Katharina; Lang, Cajetan Immanuel; Koczan, Dirk; Wolkenhauer, Olaf; Hahn, Olga; Peters, Kirsten; Lang, Hermann; David, Robert & Lemcke, Heiko
  
• Single nuclei sequencing of entire mammalian hearts: strain-dependent cell-type composition and velocity. Cardiovascular Research, 116(7), 1249-1251.
  Wolfien, Markus; Galow, Anne-Marie; Müller, Paula; Bartsch, Madeleine; Brunner, Ronald M.; Goldammer, Tom; Wolkenhauer, Olaf; Hoeflich, Andreas & David, Robert
  
• Single-Nucleus Sequencing of an Entire Mammalian Heart: Cell Type Composition and Velocity. Cells, 9(2), 318.
  Wolfien, Markus; Galow, Anne-Marie; Müller, Paula; Bartsch, Madeleine; Brunner, Ronald M.; Goldammer, Tom; Wolkenhauer, Olaf; Hoeflich, Andreas & David, Robert
  
• mRNA – A game changer in regenerative medicine, cell-based therapy and reprogramming strategies. Advanced Drug Delivery Reviews, 179, 114002.
  Chabanovska, Oleksandra; Galow, Anne-Marie; David, Robert & Lemcke, Heiko
  
• Quality control in scRNA-Seq can discriminate pacemaker cells: the mtRNA bias. Cellular and Molecular Life Sciences, 78(19-20), 6585-6592.
  Galow, Anne-Marie; Kussauer, Sophie; Wolfien, Markus; Brunner, Ronald M.; Goldammer, Tom; David, Robert & Hoeflich, Andreas
  
• Single-Cell RNA Sequencing Procedures and Data Analysis. Bioinformatics, 19-35. Exon Publications.
  Wolfien, Markus; David, Robert & Galow, Anne-Marie
  
• Monitoring the maturation of the sarcomere network: a super-resolution microscopy-based approach. Cellular and Molecular Life Sciences, 79(3).
  Skorska, Anna; Johann, Lisa; Chabanovska, Oleksandra; Vasudevan, Praveen; Kussauer, Sophie; Hillemanns, Maximilian; Wolfien, Markus; Jonitz-Heincke, Anika; Wolkenhauer, Olaf; Bader, Rainer; Lang, Hermann; David, Robert & Lemcke, Heiko