Forschungsfelder

Forschungsfeld 1: Umweltinduzierte kardiopulmonale Alterung

Alterungsprozesse des kardiovaskulären Systems und der Atemwege werden oftmals durch inhalierte luftgetragene Schadstoffe verursacht. So können degenerative Prozesse wie zelluläre Seneszenz und Organalterung direkt durch Interaktion von Partikeln mit Zellen beider Organsysteme oder indirekt durch Induktion von Entzündungsprozessen ausgelöst werden. Diese Prozesse werden in beiden Organsystemen sowohl experimentell in vitro und in vivo als auch epidemiologisch untersucht. Interventionsstudien am Menschen erlauben es, Zusammenhänge zwischen Belastung und Alterungsprozessen aufzuklären und molekulare Präventionsstrategien für den Menschen zu entwickeln.

AG Schikowski
AG Schins
Team Unfried in der AG Krutmann

Forschungsfeld 2: Umweltinduzierte Hautalterung

Umweltinduzierte Alterungsprozesse der Haut werden oftmals von nicht-ionisierender Strahlung ausgelöst. Hier hat das IUF erstmals gezeigt, dass neben UV auch Infrarot-Strahlung beteiligt ist. Epidemiologische Untersuchungen des IUF in Deutschland und China weisen jedoch daraufhin, dass Hautalterung auch durch Luftschadstoffe ausgelöst werden kann. Im Gegensatz zu überwiegend genetisch festgelegten, intrinsischen Alterungsprozessen lassen sich extrinsische Alterungsprozesse präventiv beeinflussen. Die Forschungsprojekte beschäftigen sich mit der Aufklärung der extrinsischen Hautalterungsprozessen zugrunde liegenden molekularen Mechanismen und der Entwicklung entsprechender molekular-basierter präventiver Strategien.

AG Haarmann-Stemmann
AG Krutmann
AG Schikowski
AG Weighardt
Team Boukamp in der AG Krutmann

Forschungsfeld 3: Umweltinduzierte Störungen des Nervensystems

Umweltinduzierte Störungen des Nervensystems sind in praktisch allen Lebensabschnitten relevant. So können kognitive Beeinträchtigungen sowohl am Lebensanfang, z. B. infolge einer fehlgeleiteten Gehirnentwicklung, als auch im Alter z .B. als vorzeitiger Hirnalterungsprozesses auftreten. Diesem Lebensabschnitt-spezifischen Aspekt umweltinduzierter Neurotoxizität trägt das IUF Rechnung, indem es gezielt sowohl Projekte zu umweltinduzierten Störungen der Gehirn-Entwicklung (Entwicklungsneurotoxizität, sog. developmental neurotoxicity (DNT)) als auch zu umweltinduzierten neurodegenerativen bzw. Hirnalterungsprozessen durchführt. Bei der Bearbeitung dieser Forschungsthemen stehen Spezies-abhängige Effekte von Umweltnoxen vom Fadenwurm über den Nager bis hin zum Menschen im Fokus.

AG Fritsche
AG von Mikecz
AG Schikowski
AG Schins
AG Ventura

Forschungsfeld 4: Umweltinduzierte Störungen des Immunsystems

Das Immunsystem schützt den Körper u. a. vor Infektionen und wird über eine Vielzahl von Sensoren für Krankheitserreger und Umweltschadstoffe beeinflusst. Das IUF untersucht die Mechanismen, durch die Umweltnoxen immuntoxische Wirkungen hervorrufen können und beispielsweise an der Pathogenese von fehlgeleiteten Immunreaktionen wie Autoimmun- oder allergischen Erkrankungen beteiligt sind. Wir interessieren uns besonders für umweltinduzierte Alterungsprozesse des Immunsystems bzw. welche Rolle Bestandteile des angeborenen Immunsystems an der umweltinduzierten Organalterung haben. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Rolle des Arylhydrocarbon-Rezeptors (AhR) als einem universalen Sensor umweltinduzierter Stressantworten.

AG Esser
AG Krutmann
AG Schikowski
AG Weighardt

Integrierte Forschungsprojekte (IGRP)

Die Inhalte der IUF-Forschungsfelder werden jeweils von mehreren Arbeitsgruppen oftmals in gemeinsamen Forschungsprojekten bearbeitet. Um den Vernetzungsgrad der Arbeiten noch weiter zu erhöhen und innovative Projektideen zu fördern, hat das IUF das Instrument der integrierten Forschungsprojekte ins Leben gerufen. Bislang leisten zwei dieser horizontalen Forschungsstrukturen zu den Themen 'Partikeltoxikologie' und 'Arylhydrocarbon-Rezeptor und Haut' erfolgreiche Forschungsarbeiten. Die Programme werden vom wissenschaftlichen Beirat begleitet und regelmäßigen Evaluierungen unterzogen.

Partikeltoxikologie

Innerhalb des IUF wird durch mehrere Arbeitsgruppen eine fundierte Expertise im Bereich Partikeltoxikologie vorgehalten. Ausgehend von diesem Kern, wurde ein integriertes Forschungsprojekt aufgebaut, in dem zusätzliche Expertisen anderer Arbeitsgruppen auf den Gebieten, Zellbiologie, Immunologie, Dermatologie und Alternsforschung zum Zweck der Untersuchung der Einflüsse von Partikeln auf die menschliche Gesundheit gebündelt wird. Diese Kombination sich ergänzender Forschungsfelder erlaubt es, die Effekte moderner Nanopartikel auf verschiedenen Ebenen mechanistisch zu untersuchen. Neben in vitro und Zellkultursystemen kommen hier insbesondere Wildtyp und transgene in vivo Modelle, inklusive moderner C. elegans Ansätze, zum Einsatz. Zusätzlich werden humane Interventionsstudien zur Verifizierung mechanistischer Ergebnisse eingesetzt. Darüber hinaus werden epidemiologische Befunde in den mechanistischen Systemen näher untersucht.

Arylhydrocarbon-Rezeptor und Haut

In enger Kooperation mehrerer Arbeitsgruppen konnten Wissenschaftler des IUF am Modellorgan Haut zeigen, dass der AhR als ein universaler Sensor von Umweltnoxen fungiert. Der AhR wurde in allen Zellpopulationen der Haut nachgewiesen und es zeigte sich, dass er für das Hautorgan wesentliche Funktionen wie z. B. die Ausbildung der Hautbarriere, die Entwicklung eines funktionsfähigen Hautimmunsystems, oder die Hautpigmentierung reguliert. Am IUF gelang erstmals der Nachweis, dass Bestrahlung der Haut mit UVB zu einer Aktivierung des AhR führt, die in Folge wesentlich an der Entstehung von Hautkrebs und Hautalterung beteiligt ist. Im Zuge dieser Arbeiten wurden eine Reihe Hautzelltyp-spezifischer AhR Knockout Mausmodelle entwickelt sowie der erste für die Anwendung am Menschen zugelassene, topisch applizierbare AhR Antagonist. Aktuelle Untersuchungen beschäftigen sich mit der Modulation des AhR-Systems in der Prävention und Therapie umweltinduzierter Hauterkrankungen.