Die modernen Hydrocephalus-Therapien bei neonatologischen und pädiatrischen Patient:innen umfassen sowohl symptomatische Shuntverfahren als auch endoskopisch gestützte Ansätze, die zusätzlich therapeutische Vorteile bieten können. Ziel der Forschungsarbeit ist die Reduktion intra- und postoperativer Risiken durch die Auswahl geeigneter Maßnahmen und Mittel bei pädiatrischen Hydrocephalus-Patient*innen. In den Studien zur Ventrikelkatheterplatzierung wurde die Effektivität eines neuen ventricular access guides im Vergleich zur Standardtechnik untersucht. Die randomisierte GAVCA-Studie zeigte, dass die Verwendung dieses Guides die Erfolgsrate bei der ersten Punktion signifikant erhöhte und die Genauigkeit der Katheterlage verbesserte, wobei eine 100%ige Erfolgsquote beim ersten Versuch erreicht wurde. In einer weiteren Subgruppenanalyse wurde festgestellt, dass detailliert längenmarkierte Ventrikelkatheter in Kombination mit Guidance-Techniken die Sicherheit und die Platzierungsqualität erhöhen. Neuroendoskopischen Eingriffen bei Neonaten konnte trotz des sehr vulnerablen Patientenguts eine hohe Sicherheit nachgewiesen werden. Die retrospektive Analyse zeigte, dass neuroendoskopische Verfahren bei posthämorrhagischem Hydrozephalus mit akzeptablen Komplikationsraten bei einer Shunt-Rate von etwa 62 % im ersten Lebensjahr durchführbar sind. Die Navigation, insbesondere anhand des intraoperativen Ultraschalls, ist dabei essenziell, um Risiken zu minimieren. Zur bildgestützten Neuroendoskopie wurde ein Entscheidungsalgorithmus entwickelt, der die Auswahl der geeigneten Navigationsmethode anhand verschiedener Parameter erleichtert und die Sicherheit und Effizienz der Eingriffe erhöht. Schließlich zeigte die Studie zur neuroendoskopischen Lavage bei infektiösem Hydrozephalus, dass diese OP-Technik sicher durchführbar ist und das Auftreten von Re-Infektionen reduziert. Des Weiteren konnte die Rate an Revisionen deutlich reduziert und somit die Langzeitprognose verbessert werden. Insgesamt belegen die vorgelegten Arbeiten, dass innovative technische Hilfsmittel und individualisierte Ansätze die Sicherheit, Genauigkeit und Wirksamkeit neurochirurgischer Eingriffe bei pädiatrischen Hydrozephalus Patient*innen deutlich verbessern können.

Der univentrikuläre Herzfehler tritt mit einer Inzidenz von 6000 Lebendgeburten/ Jahr in Deutschland auf wobei das Hypoplastische Linksherzsyndrom, das ein Formenspektrum von kleinen linken Herzstrukturen beschreibt, die häufigste Form ist. Die Entscheidungsfindung ob eine biventrikuläre Korrektur mit Schaffung eines Zweikammerherzens oder doch eine univentrikuläre Palliation mit der Fontan-Operation als letzten Schritt für Patienten mit Borderline LV, dementsprechend grenzwertig kleinen linksseitigen Herzstrukturen, die richtige Wahl ist, kann sehr schwierig sein. Ziel dieser Arbeit war es einerseits Kriterien zu beschreiben die bei der Entscheidungsfindung helfen sollen, andererseits das Langzeitoutcome beider Therapieoptionen miteinander zu vergleichen.

Die Herzinsuffizienz ist einer der führenden medizinischen Probleme mit hoher Sterblichkeit trotz vieler Therapiemöglichkeiten. Die molekularen Mechanismen in der Kardiologie gilt es besser zu verstehen, um den betroffenen Patienten zukünftig optimierte Therapiemöglichkeiten anbieten zu können. Ein Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf dem TSC2-mTOR Signalweg und der Epigenetik, aber auch einige andere untersuchte Signalwege bei der Herzinsuffizienz zeigen bereits großes translatorisches Potential, die hier diskutiert werden.

Die Sepsis, definiert als lebensbedrohliche Organdysfunktion, verursacht durch eine fehlregulierte Immunantwort des Wirtes auf eine Infektion, ist eine häufige Erkrankung mit hoher Morbidität und Letalität. Der überwiegende Anteil von septischen Krankheitsverläufen beginnt außerhalb des Krankenhauses und wird in der Regel initial durch Nofallmediziner:innen in Notaufnahmen versorgt. Essentiell für eine Senkung der Letalität ist die rasche Therapieeinleitung, was eine schnelle und akkurate Diagnostik und ein effektives Screening voraussetzt. Die vorliegende kumulative Habilitationsschrift umfasst fünf Originalarbeiten, welche die Ergebnisse von klinischen Studien in der Notfallmedizin zur Verbesserung der Diagnostik und Prognoseeinschätzung der Sepsis zusammenfasst. Grundlage der Diagnose Sepsis ist das Vorliegen einer akuten Infektion in Kombination mit einer Organdysfunktion. Originalarbeit 1 und 2 evaluieren die Diagnose und Prognose der Sepsis in einer prospektiven Studie mittels der Analyse des mRNA-Expressionsprofils im peripheren Blut. Die klinischen Studien konnten zeigen, dass mit Hilfe der vorgestellten Methode sowohl eine Aussage zur Genese der Infektion (bakteriell versus viral versus nicht-infiziert) als auch die Prognoseeinschätzung des Schweregrades (Letalität und Multiorganversagen) akkurat möglich ist. Originalarbeit 4 zeigte zusätzlich in einer multizentrischen Studie, dass für Patient:innen mit SARS-CoV-2-Infektion mittels Analyse des mRNA-Expressionsprofils die Diagnose einer bakteriellen Co-Infektion möglich war. Ebenfalls für Patient:innen mit einer SARS CoV 2 Infektion konnte im Rahmen von Originalarbeit 3 gezeigt werden, dass über eine Analyse des Proteoms der Patient:innen die Prognose der COVID-19 Infektion eingeschätzt werden konnte. Ergänzt werden diese Erkenntnisse durch eine Auswertung (Originalarbeit 5) von klinischen Scores und Vitalparametern. Für Patient:innen mit Verdacht auf eine Infektion in der Notfallmedizin wurde die prognostische Wertigkeit der Scores und Vitalparameter untersucht, um einen septischen Krankheitsverlauf vorherzusagen. Quintessenz der vorgelegten Arbeiten ist, dass 30 Jahre nach der ersten klinischen Definition der Sepsis eine Vielzahl von Faktoren, klinischen Parametern und Biomarkern identifiziert wurden, die die Diagnostik und Prognoseeinschätzung verbessern könnten und zukünftig mutmaßlich weiter verbessern werden. Voraussetzung für eine Implementierung neuer Methoden in der klinischen Routine werden Genauigkeit (Validität), Nutzen, Schnelligkeit, technische Umsetzbarkeit und Finanzierbarkeit sein, jedoch viel wesentlicher ein Bewusstsein für die Gefahr, die von einer Sepsis ausgeht. Für die klinische Routine muss ein effektives und effizientes Screening entwickelt und flächendeckend etabliert werden. Neue diagnostische Methoden haben ein hohes Potential, die Diagnostik und Prognoseeinschätzung zu verbessern. Sie müssen in randomisierten Studien ausreichend klinisch validiert und erfolgreich implementiert werden. Die Verarbeitung und Interpretation aller erhobenen Daten, inklusive Anamnese, klinischer Scores, Pathogennachweise und Analyse der Wirtsantwort werden in ihrer Fülle nur durch digital unterstützte Systeme (u.a. unterstützt durch künstliche Intelligenz) für die klinische Routine ihre volle Aussagekraft entfalten können.

Die vorliegende Habilitationsschrift umfasst die Darstellung der eigenen wissenschaftlichen Arbeiten im Kontext des aktuellen Forschungsstandes. Nach einer Übersicht über die derzeitigen Behandlungsstandards für Patient:innen mit metastasiertem kolorektalem Karzinom folgt eine vertiefende Auseinandersetzung mit präzisionsonkologischen Therapieansätzen. Im weiteren Verlauf wird die Optimierung der Systemtherapie auf Basis klinischer und molekularer Strategien sowohl beim kolorektalen Karzinom als auch bei anderen soliden Tumorerkrankungen thematisiert. Die eigenen Forschungsergebnisse werden dabei in den Kontext der aktuellen Literatur eingeordnet.

Ein großer Vorteil der direkten oralen Antikoagulanzien im Vergleich zu herkömmlichen Präparaten ist, dass kein Gerinnungs-Monitoring erforderlich ist. Mit der zunehmenden Anzahl von Anwendungsgebieten und der steigenden Verbreitung dieser Medikamente wird jedoch deutlich, dass die Beurteilung der Gerinnungssituation in bestimmten klinischen Situationen unerlässlich ist[85]. Insbesondere bei Patienten mit akuten Blutungen, Nierenversagen oder vor einer dringenden Operation ist ein schnelles und zuverlässiges Messverfahren erforderlich, um die Hämostase einzuschätzen und ggf. Maßnahmen zu ergreifen[21, 24, 75, 86]. Die Globaltests der Gerinnung, wie die Thromboplastinzeit und die aktivierte partielle Thromboplastinzeit, werden in den meisten Laboren routinemäßig zur Gerinnungsdiagnostik unter Heparinen und VKA eingesetzt. Aufgrund ihrer problemlosen Verfügbarkeit, niedrigen Kosten und umfangreichen Erfahrung mit diesen Tests wären sie ideal für die Anwendung im Rahmen der Therapie mit Faktor Xa-Inhibitoren. Die vorgelegten Studien untersuchen den Einfluss der Faktor Xa-Inhibitoren Rivaroxaban und Apixaban und des Thrombininhibitors Dabigatran auf die Thrombolelastometrie und Globaltests, mit dem langfristigen Ziel, einen Test zur Überprüfung der Wirksamkeit dieser Medikamente zu etablieren. Darüber hinaus wurden an denselben Blutproben in vitro Antagonisierungsversuche mit unspezifischen prokagulatorischen Präparaten durchgeführt, um deren Wirksamkeit zur Antagonisierung der DOAKs zu überprüfen. Die vor Jahrzehnten zur Messung von unfraktioniertem Heparin oder Vitamin-K-Antagonisten entwickelten Routinelabortests wie aPTT, PTZ und Thrombinzeit sind nicht dafür konzipiert worden die Wirkung der DOAKs zu erfassen. Auch wenn einzelne Testreagenzien für einige der DOAKs reaktiv sind, ist dies jedoch schwierig umsetzbar da dazu die klinischen Anwender stets aktuelle Kenntnis haben müssten welches Reagenz in ihrem lokalen Labor verwendet wird. Vollumfänglich verlässliche Spiegel geben daher nur die kalibrierten substanzspezifischen Assays her[87]. Die 24/7 sofort verfügbare Thromboelasometrie stellt in Notfallsituationen eine sinnvolle Alternative um zügig die Effekte von DOAKs erfassen zu und eine klinische Entscheidung treffen und monitoren zu können[88]. Mit der Markteinführung der spezifischen Antagonisten Idarucizumab und Andexanet haben sich die Behandlungsmöglichkeiten bei Notwendigkeit der Antagonisierung der DOAKs deutlich verbessert[89-91]. Allerdings ist die Vorhaltung kostspielig und wird nicht in jedem 57 Krankenhaus der Akutversorgung möglich sein. Die klinische Entwicklung von Ciraparantag (zuvor PER977) könnte daher einen entscheidenden Beitrag zur Verfügbarkeit eines Antidots für DOAKs und Heparine leisten da es an alle genannten Substanzen bindet und vielversprechende Daten im Tierversuch und bei gesunden Probanden gezeigt hat[92, 93]. Die Effektivität im klinischen Gebrauch unter akuter Blutung wird derzeit noch in Studien untersucht.

In this work, we leveraged integrated single-cell transcriptomic and epigenomic analyses to decode various phenotypes along the AKI-to-CKD continuum. We identified Hnf4a and Maf as drivers of successful recovery from AKI, while sustained ferroptosis and pyroptosis were implicated in maladaptive repair post-AKI. We found that profibrotic PT cells attract basophils, leading to fibro-inflammation and CKD, and that sGC modulation in PT and stroma cells offers NO-independent improvement of oxidative stress regulation in DKD. Additionally, we demonstrated that understanding the intricate temporal dynamics of kidney development can help infer causal cell types and genes from kidney function GWAS loci, informing molecular mechanisms. Finally, we highlighted how single-cell technology can identify suitable preclinical models that accurately represent human disease phenotypes, thereby overcoming translational obstacles in the search for novel kidney drug targets. Single-cell methodologies have revolutionized kidney disease research by providing unprecedented insights into the cellular and molecular mechanisms underlying disease progression. They enable the integration of vast orthogonal data layers such as transcriptomics, epigenomics, proteomics, metabolomics, etc. While offering deeper insights and more comprehensive data, these approaches also present significant computational biology challenges, necessitating advanced methods to effectively integrate and interpret these diverse datasets, ultimately aiding in the decoding of patient-relevant kidney phenotypes.

In der Therapie kongenitaler Herzklappendefekte spielen klappenerhaltende Verfahren im Kindesalter eine vorrangige Rolle. Die Habilitationsschrift befasst sich mit der Herzklappenrekonstruktion bei angeborenen Aortenklappendefekten und bei Patienten mit einer Ebstein Anomalie der Trikuspidalklappe. Eine Aortenklappenrekonstruktion kann mit niedriger Mortalität durchgeführt werden, auch bei Neugeborenen mit kritischer Aortenklappenstenose und eingeschränkter Linksherzfunktion. Reoperationen nach Aortenklappenrekonstruktion sind im Langzeitverlauf häufig und treten etwa bei der Hälfte der Patienten nach zehn Jahren auf, insbesondere bei Neugeborenen. Das initial erzielte Rekonstruktionsergebnis hat dabei einen bedeutenden Einfluss auf die Durabilität. Ist der Einsatz von Patchmaterial für die Rekonstruktion nicht vermeidbar, sollte möglichst auf autologes Perikard zurückgegriffen werden. Eine Trikuspidalisierung bikuspider Aortenklappen bringt keinen Vorteil im Langzeitverlauf. Ein späterer Aortenklappenersatz ist nicht bei allen Patienten vermeidbar, kann jedoch effektiv hinausgezögert werden. Bei Patienten mit einer Ebstein-Anomalie ist die Cone Operation die Methode der Wahl zur Rekonstruktion der Trikuspidalklappe. Sie sollte nach Möglichkeit in Kombination mit einer Anulusstabilisierung durch einen Ring erfolgen, um das Rekonstruktionsergebnis durabel zu machen. Die Cone Rekonstruktion ist auch im frühen Kindesalter mit guten Ergebnissen durchführbar, allerdings besteht möglicherweise eine etwas erhöhte Reoperationsrate bei Kindern unter 4 Jahren. Bei erwachsenen Patienten mit Ebstein Anomalie sollte eine operative Versorgung erfolgen, bevor sich der physiologische Status zu ACHD AP Klasse IID verschlechtert.

Hintergrund: Der menschlichen Sprache liegen hochkomplexe Interaktionen diverser Hirnstrukturen zugrunde. Bei unterschiedlichen neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen können daher Sprachstörungen auftreten. Das zunehmende Verständnis für den Netzwerkcharakter unseres Sprachsystems legt nahe, dass hieran auch subkortikale Strukturen beteiligt sind. Jedoch sind die subkortikalen Kerngebiete aufgrund ihrer Lage und Größe bisher wenig untersucht. Gleichzeitig gewinnen subkortikale Strukturen zunehmend an Bedeutung als Ziele der tiefen Hirnstimulation (Deep Brain Stimulation, DBS). So stellt die DBS im Nucleus subthalamicus (STN) bzw. im thalamischen Nucleus ventralis intermedius (VIM) etablierte Verfahren zur Behandlung therapieresistenter, motorischer Symptome bei Menschen mit Morbus Parkinson bzw. essentiellem Tremor dar. Ob die STN-DBS oder VIM-DBS neben den erwünschten Wirkungen auf die Motorik auch Effekte auf Sprachfunktionen ausübt, ist derzeit unklar. Fragestellung: Ziel unserer Studien war die Charakterisierung potenzieller Effekte der STN-DBS und VIM-DBS auf die Sprache, um zur weiteren Therapieoptimierung beizutragen und die Konzepte subkortikaler Sprachfunktionen zu erweitern. Spezifisch interessierten uns Stimulationseffekte auf die Wortflüssigkeit und die Spontansprache sowie Bezüge zu Stimulationsparametern inkl. dem aktivierten Gewebevolumen (volume of tissue activated, VAT). Methoden: Wir untersuchten die semantische und phonematische Wortflüssigkeit von 21 (4 weiblich) Personen mit M. Parkinson und STN-DBS im Vergleich zwischen aktivierter („ON“) und inaktivierter („OFF“) Stimulation sowie im Vergleich zu 26 (13 weiblich) Personen mit M. Parkinson ohne STN-DBS und 19 (7 weiblich) Kontrollpersonen. Ergänzend führten die Teilnehmenden lexikalische Entscheidungsaufgaben mit semantischem und phonematischem Priming durch. Ebenso untersuchten wir die Wortflüssigkeit von 13 (7 weiblich) Personen mit essentiellem Tremor und VIM-DBS im ON-OFF-Vergleich. Die relevanten ON-OFF-Differenzen der Wortflüssigkeit von 14 (3 weiblich) Personen mit Morbus Parkinson und STN-DBS sowie bei 12 (7 weiblich) Personen mit essentiellem Tremor und VIM-DBS bezogen wir auf die Stimulationsparameter und die Elektrodenlage. Zusätzlich untersuchten wir bei 13 Personen (8 weiblich) mit essentiellem Tremor und VIM-DBS Stimulationseffekte auf die Mikrostruktur der Wortflüssigkeit, in Form zeitlicher Cluster-und-Switch-Analysen, die wir ebenfalls auf die Stimulationsparameter und die Elektrodenlage bezogen. Um mögliche Stimulationseffekte auf die Alltagssprache zu beurteilen, untersuchten wir zudem die Spontansprache anhand semistrukturierter Interviews von 14 (3 weiblich) Personen mit M. Parkinson und STN-DBS sowie 13 (6 weiblich) Personen mit essentiellem Tremor und VIM-DBS im ON-OFF-Vergleich. Die linguistischen Analysen umfassten die lexikalische Semantik, Morphologie, Syntax, Stilmittel, Fehler, Wort- und Satzproduktionsraten, Pausen, Wortdiversität, Wortklassen und Satzkomplexität. Relevante ON-OFF-Differenzen der Personen mit STN-DBS bezogen wir auf das VAT. Ergebnisse: Unabhängig vom Stimulationszustand (ON versus OFF) produzierten Personen mit STN-DBS deutlich weniger Wörter als Gesunde oder Personen mit M. Parkinson ohne STN-DBS und reagierten langsamer in den lexikalischen Entscheidungsaufgaben, wobei semantische und phonematische Priming-Effekte erhalten blieben. Allerdings nahm die phonematische Wortflüssigkeit im ON leicht zu. Dies war mit einer weiter anteromedialen Elektrodenlokalisation im linken STN und höheren Stimulationsamplituden assoziiert. Zudem machten die Personen bei der Spontansprache im ON weniger Fehler und produzierten mehr Wörter und Sätze. Diese Zunahme korrelierte mit dem VAT im assoziativen STN-Anteil. Bei Menschen mit essentiellem Tremor und VIM-DBS führte die Stimulation zu einer signifikanten Reduktion der Wortflüssigkeit. Die Cluster-und-Switch-Analyse ergab eine zugrunde liegende Verlängerung der Intraclusterzeit, definiert als Zeitintervalle zwischen den Wörtern innerhalb eines Clusters. Diese Effekte waren mit einer weiter anteroventromedialen Elektrodenlage und höheren Stimulationsamplituden assoziiert. Außerdem bildeten die Personen mit VIM-DBS im ON versus OFF weniger Nebensätze im Sinne einer vereinfachten grammatikalischen Satzstruktur. Sämtliche Stimulationseffekte auf Sprachfunktionen waren unabhängig von Effekten auf die Motorik. Geschlechtsabhängige Unterschiede fanden wir nicht. Diskussion und Schlussfolgerung: Unsere Ergebnisse unterstützen die Annahme, dass einzelne Kerne der Basalganglien bzw. des Thalamus‘ an differenzierbaren Sprachfunktionen beteiligt sind und zeigen, dass die DBS im STN bzw. VIM Wirkungen auf Sprachfunktionen ausüben kann. In beiden Fällen suggerieren die Lokalisationsdaten, dass diese Effekte nicht unmittelbar innerhalb der DBS-Zielstruktur entstehen, sondern in angrenzenden Nachbarstrukturen. Hierbei scheint STN-DBS positive Effekte auf Sprachfunktionen ausüben zu können. So könnte eine Mitstimulation des assoziativen STN-Anteils bei einer eher anteromedialen Elektrodenlage im motorischen STN-Anteil die Wort- und Satzproduktion erleichtern und damit Dopaminmangel bedingten Sprachstörungen entgegenwirken. Dies kann als eine Flexibilisierung fronto-basalganglionärer Netzwerke verstanden werden. Den sprachflussfördernden Stimulationseffekten steht die vermutlich implantationsbedingte Abnahme der Wortflüssigkeit gegenüber. Die Stimulation im VIM führte dagegen zu einer signifikanten Reduktion der Wortflüssigkeit mit einer spezifischen Verlangsamung der automatischen Wortaktivierung. Ursächlich schien eine Mitstimulation des thalamischen Nucleus ventralis lateralis anterior (VLa) und möglicherweise auch des Nucleus ventralis anterior (VA) zu sein, für die Interaktionen mit dem Broca-Areal postuliert wurden. Zudem war unter aktiver VIM-DBS die grammatikalische Satzkomplexität reduziert. Angesichts ähnlicher Befunde nach thalamischen Infarkten ist auch hier eine Störung der Interaktion zwischen dem VA und dem Broca-Areal vorstellbar. Bei der klinischen Planung der DBS und in künftigen Studien sollten individuelle Faktoren wie das kognitive und sprachliche Ausgangsniveau sowie die Stimulationsparameter und exakte Elektrodenlokalisation berücksichtigt werden.

High-risk blood malignancies such as acute myeloid leukemia or advanced chronic lymphocytic leukemia remain difficult-to-treat clinical challenges. Immunotherapies including allogeneic stem cell transplantation or targeted immunomodulation using immune checkpoint blockade can provide long-term disease control, but their success rate is still not satisfactory. Single cell genomics is an approach that can effectively monitor immune and leukemia cell dynamics by providing detailed insight into changes in cellular compositions, cell states and interactions. This work provides examples how integrated immune and leukemia monitoring at single cell resolution reveals the determinants of response or non- response to immunotherapy and tracks the clonal evolution of malignant cell populations as therapeutic resistance develops. It also furthers the toolkits available to us by extending standard single cell RNA sequencing with targeted genotyping and explores the ability to utilize mitochondrial DNA mutations as an alternative natural barcoding system for the study of leukemic subclones. Together, this sets the stage for more stream-lined single cell studies that foreshadow the adoption of these technologies into clinical hematologic practice.

Postoperative complications remain a significant challenge in visceral surgery, particularly among patients with chronic diseases, altered immune status, or acute viral infections. This study examines the incidence, risk factors, and clinical impact of postoperative complications in three patient cohorts: the general population, patients with chronic inflammatory diseases (such as Crohn's disease and ulcerative colitis) under immunosuppressive therapy, and patients with active SARS-CoV-2 infection. The analysis focuses on surgical complications including anastomotic leakage, wound infections, postoperative ileus, thromboembolic events, and organ-specific complications. In patients with altered immune status, complication rates were higher, with specific risks associated with immunosuppressive therapy and active systemic inflammation. In SARS-CoV-2-infected patients, pulmonary complications and mortality rates were significantly elevated, particularly in emergency surgeries. The findings emphasize the importance of tailored perioperative management, including risk stratification and optimized surgical techniques, to minimize complication rates and improve patient outcomes.

Obwohl die Krebsmedizin – getrieben von den rasanten Fortschritten der Molekularbiologie – in den letzten zwei Dekaden zahlreiche beeindruckende Durchbrüche in der Entwicklung innovativer Therapiekonzepte erzielte, verbesserte sich die Prognose der Patienten mit soliden Tumoren kaum. Nach anfänglich erfolgreichem Therapieansprechen entwickelten die meisten soliden Tumore Resistenzen und die Patienten verstarben bedauerlicherweise an ihrer Krebserkrankung. Die Tumorheterogenität gilt als wesentlicher Faktor für die Ausbildung von Resistenzen. Entsprechend war ein Schwerpunkt der hier vorliegenden Arbeit die profundere Exploration der Tumorheterogenität. In den Studien konnte nachgewiesen werden, dass nicht nur das duktale Adenokarzinome des Pankreas, sondern auch Plattenepithelkarzinome des Kopf-Hals-Bereiches eine äußerst heterogene Immunlandschaft aufweisen, was dabei helfen sollte, die immuntherapeutischen Konzepte bei diesen zwei Entitäten feiner zu adjustieren. Die Verortung von Mutationen in spezifische Tumorkompartimente des Plattenepithelkarzinoms könnte dazu genutzt werden, die Pathogenese dieses Tumors besser zu verstehen. Die beachtliche Heterogenität molekularer Subtypen in Harnblasenkarzinomen stellt eine gewichtige Implikation für subtyp-geleitete Therapiekonzepte dar, wohingegen der nachgewiesenermaßen gesteigerte und tumorbiologisch relevante Informationsgehalt eines drei- gegenüber eines zweidimensionalen Ansatzes in zukünftigen Studien zur Tumorheterogenität Beachtung finden sollte. Der zweite Schwerpunkt dieser Arbeit behandelte Tumorbiomarker, mit dem Ziel, die Patienten präziser hinsichtlich ihrer Prognose und ihres Therapieansprechens stratifizieren zu können und hierbei auch auf komplexe Technologien und innovative statistische Verfahren zurückzugreifen. Mit PD-L1 im Harnblasenkarzinom und TTF-1 im pulmonalen Adenokarzinom konnten zwei neue prognostische Biomarker identifiziert werden. In einer umfangreichen mIF-basierten Analyse gelang außerdem die Identifizierung prognostisch-relevanter komplexer zellulärer Signaturen im Harnblasenkarzinom. Darüber hinaus wurde durch die Entwicklung eines mikroskalierten Ansatzes im NSCLC die Grundlage für zukünftige proteomische Analysen an großen klinischen Kohorten gelegt und die Möglichkeit eröffnet, diese auch an kleinen Gewebeproben wie Biopsien anzuwenden.

Die Fontan-assoziierte Lebererkrankung (Fontan-associated liver disease, FALD) ist eine der häufigsten Sekundärorganerkrankungen bei Patientinnen und –Patienten mit einer Fontan-Zirkukation. Unter FALD werden alle strukturellen, laborchemischen und funktionellen hepatischen Abnormalitäten zusammengefasst, welche durch die unphysiologische Fontan-Zirkulation entstehen. Im Konsens wird von einer multifaktoriellen Pathogenese basierend auf den hämodynamischen Charakteristika des Fontan-Kreislaufes und den hieraus resultierenden Veränderungen der hepatischen Zirkulation ausgegangen. In der vorliegenden Arbeit wurden sechs Publikationen zu dem Thema Langzeitkomplikationen der univentrikulären Palliation mit dem Schwerpunkt der FALD vorgestellt. Die Arbeiten umfassten Querschnittstudien zur Erfassung der morphologischen und funktionellen Merkmale der FALD. Den Schwerpunkt der Studien stellten die Untersuchung der Einflussparameter auf die Entstehung und den Progress dieser Sekundärorganerkrankung dar.

In der vorliegenden Arbeit werden experimentelle Untersuchungen im Rahmen eines Mausmodells und eines translationalen Ansatzes, sowie klinische Forschungsergebnisse bezüglich der Behandlung und Prognose von Subarachnoidalblutungen (SAB) dargestellt. In der experimentellen Studie wurde die Beteiligung von Neutrophil Extracellular Traps (NETs) an SAB assoziierten Immunreaktionen identifiziert. Die Ergebnisse zeigten erstmalig eine räumliche und zeitliche Dynamik der Bildung von NETs nach der Ruptur eines intrakraniellen Aneurysmas und liefern somit die Basis für weitere grundlagenwissenschaftliche Studien. Der verzögerte Höhepunkt der NET-Belastung sowohl im Mausmodell als auch in humanen Proben deutet auf ein potenzielles therapeutisches Zeitfenster nach dem Blutungsereignis hin, um inflammationsgetriebene sekundäre Hirnschäden nach einer SAB abzumildern. Eine Therapie mit RNase A konnte unter Laborbedingungen die Belastung an NETs sowohl in basalen, kortikalen wie auch periventrikulären Bereichen reduzieren. Dies deutet auf eine Rolle im Auf- und Abbau von NETs und somit in der Modulation der Reaktionen des angeboren Immunsystems auf eine SAB hin. Ein Einsatz als Therapeutikum ist grundsätzlich vorstellbar, jedoch sind hierfür weitere umfangreiche Forschungsarbeiten notwendig. Im klinischen Teil der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass interventionsbedingte Komplikationen bei der Versorgung von Patient:innen häufig auftreten und einen negativen Einfluss auf das neurologische Outcome der Patient:innen haben. Als unabhängige Risikofaktoren für das Erleiden einer Komplikation bei der Behandlung eines rupturierten Aneurysmas konnten die Lokalisation des Aneurysmas, ein erneutes Blutungsereignis vor der Intervention, der Tag der Behandlung, sowie die Anzahl an eingeschlossenen Studienpatient:innen je Zentrum ermittelt werden. Interventionsbedingte Komplikationen traten dabei unabhängig von der Behandlungsmodalität auf. Im Rahmen der Studie wurden 51,2% der Patient:innen mittels Coiling und 48,8% durch mikrochirurgisches Clipping behandelt. Da die Entscheidung der Behandlungsmodalität der/dem Behandler:in überlassen wurde, unterstreichen die Daten, dass beide Techniken im klinischen Alltag weiterhin eine wichtige Rolle spielen. Sowohl für das Clipping, als auch das Coiling, sind somit stetige Verbesserung der Interventionstechniken wichtige zukünftige Forschungsfelder. Die weiteren Arbeiten zeigten, dass sich das Gesamtliquordrainagevolumen zwischen Patient:innen mit gutem und schlechtem neurologischen Outcome nach einer SAB nicht unterscheidet. Bei der Betrachtung der einzelnen Kompartimente zeigte sich jedoch ein hohes Volumen und ein hoher Anteil an lumbal drainiertem Liquor mit positiven Outcome assoziiert, während sich hohe Drainagemengen aus einer externen Ventrikeldrainage (EVD) negativ auswirkten. Die Daten deuteten dabei auf einen möglichen potenziell mengenabhängigen Schutzeffekt durch eine lumbale Drainage hin. Des Weiteren zeigte sich eine Assoziation zwischen den ermittelten Hirndruck (ICP) Höchstwerten und dem Auftreten von schlechtem neurologischen Outcome. Es könnte somit therapeutisch sinnvoll sein nach einer SAB zur Detektion von ICP-Spitzen eine kontinuierliche ICP-Messung durchzuführen und das lumbale Drainagevolumen auszuweiten. Der Einsatz von lumbalen Drainagen wird im klinischen Alltag jedoch häufig restriktiv gehandhabt, da beim Vorliegen einer intrakranialen Pathologie eine konsekutive infratentorielle Herniation gefürchtet wird. In einer prospektiven Pilotstudie wurde hierfür der ICP nicht, wie in der klinischen Praxis gewohnt, lediglich als Absolutwert analysiert, sondern seine Eigenschaften als wellenförmige Druckkurve ebenso mitberücksichtigt. Es zeigte sich, dass Oszillationsanalysen auf Basis der arteriellen Blutdruck (ABP)-, ICP- und Lumbaldruck (LP)- Kurve potenziell sichere Phasen einer Lumbaldrainage mit geringem Risiko einer infratentorielle Einklemmung anzeigen können. Des Weiteren konnte beobachtet werden, dass das Vorliegen von ICP-Werten im Normbereich < 20 mmHg keine Sicherheit vor einer möglichen Einklemmung beim Einsatz einer Lumbaldrainage bietet. Die Arbeit lieferte somit eine wichtige Grundlage um mit Hilfe einer Echtzeit-Schwingungsanalyse am Patient:innenbett eine weniger invasive Hirndrucküberwachung durch eine alleinige lumbale Drainage zu ermöglichen und um Lumbaldrainagen potentiell ausgiebiger bedienen zu können. Vor einem klinischen Einsatz sind hierzu jedoch weitere umfangreiche Forschungsarbeiten notwendig. In der abschließenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass moderne ML-Modelle zu einer Verbesserung der Vorhersage eines shuntpflichtigen Hydrocephalus nach einer SAB beitragen können, indem sie auf Basis von früh im Krankheitsverlauf vorliegenden Daten gute Vorhersagergebnisse erzielen können. Die beste Performance erreichten Mehrschichtige Perzeptronen Modelle, sowie Tree-Boosting-Algorithmen. Die Arbeit legte, durch den Vergleich mit traditionellen Scores und der Berechnung von Wichtungen einzelner Faktoren für das jeweilige Modell, einen Schwerpunkt auf eine Nachvollziehbarkeit der Ergebnisse. Die Studie liefert somit eine Grundlage für die weitere Entwicklung von Machine LearningAnwendungen, die nachvollziehbar im klinischen Alltag Behandler:innen unterstützen können.

In dieser Habilitationsschrift habe ich eine Übersicht über den Einsatz rechnergestützten Verfahren als Grundlage für die Analyse von genetischen Varianten gegeben und exemplarisch einige biomedizinische Ergebnisse dargestellt, die ohne den Einsatz maßgeschneiderter Programme nicht erreichbar gewesen wären. Die Quelltexte aller vorgestellten Methoden sind offen und stehen jeder Mensch unter freien Lizenzen über das Internet zu Verfügung.

Das Programmpaket SODAR ermöglicht die effiziente Verwaltung von Meta- und Massendaten für komplexe Studien, bei Anwendung mehrerer experimenteller Methoden und Erzeugung großer Datenmengen und/oder großer Anzahl von Dateien. Das Programm als Webanwendung auch für unerfahrene Anwender:innen einfach zu bedienen. Für Bioinformatiker:innen stellt es programmierbare Schnittstellen (APIs) bereit und ist auch von der Kommandozeile zu bedienen. Damit vereinfacht oder ermöglicht SODAR viele Forschungsvorhaben, die in der Core Unit Bioinformatik (CUBI) durchgeführt werden. Es wird aber mittlerweile auch unabhängig von CUBI an der Charité und anderen Instituten verwendet. Durch die Nutzung offener und freier Dateiformaten und Schnittstellen ermöglicht es SODAR, auch die Anforderungen der FAIR Grundprinzipien für Datenmanagement zu erfüllen.

Das Programm ClearCNV vereinfacht den Umgang von Sequenzdaten aus Anreicherungsverfahren und Bedingungen wie sie in der Praxis im Labor und Klinik oft anfallen. Solche Daten wurden meist über mehrere erzeugt, was unter anderem zu Verzerrungen (batch effect) führt. ClearCNV ermöglicht es dem Benutzer die für die gemeinsame Analyse homogenen und passenden Daten entsprechend auszuwählen und dann zuverlässig auch DNS Kopiezahlvarianten zu detektieren, die nur kleine Abschnitte des Genoms betreffen. Es stellt auch Module bereit, um die Ergebnisse grafisch darzustellen und die Qualität zu überprüfen. Wir konnten unter Verwendung realer Daten zeigen, dass die Güte der Ergebnisse mindestens vergleichbar mit vorherigen Methoden ist.

Die Anwendung VarFish stellt Anwendern in Klinik und Forschung eine grafischen Benutzeroberfläche für die Auswertung von DNS-Varianten bereit. Durch die enge Zusammenarbeit mit Nutzer:innen konnte sichergestellt werden, dass die Software einfach benutzbar ist. Die Soft-ware wird außerdem ständig weiterentwickelt und verbessert. Alle im Institut für Humangenetik der Charité prozessierten Exom- und Genomfälle werden mit VarFish bearbeitet, was den Erfolg des Ansatzes zeigt.

Durch die Anwendung einer verfeinerten Gene Burden Analyse im Kontext der dilativen Kardiomypathie konnte ich zusammen mit anderen Forscher:innen die Rolle von Varianten mit hoher Relevanz in diesem Krankheitsbild zeigen. Eine weitere Klärung des Sachverhaltes steht durch die Vergrößerung der Kohorte sowie der Exomsequenzierung statt der verwendeten Panelsequenzierung aus.

Durch die genaue Analyse genomweiter de novo Varianten konnte ich zusammen mit anderen Forscher:innen die zeigen, dass multisite de novo Varianten (MSDN) ein Marker für die Exposition des Vaters durch ionisierender Strahlung ist. Vorher nur im Mausmodell nachgewiesen, stellt unsere Studie den ersten Nachweis für die Relevanz des Markers im Menschen dar, nachdem die langjährige Lehrmeinung war, dass durch ionisierende Strahlung entstandene Schäden nicht vererbt werden. Die Rolle des Markers wird derzeit durch eine weitere Studie mit meinen Koautor:innen geklärt, das entsprechende Manuskript ist eingereicht.

Insgesamt zeigt meine Arbeit auf, wie der Einsatz der Bioinformatik unterschiedliche essenzielle Beiträge zur biomedizinischen Forschung im Zeitalter der Hochdurchsatzverfahren, insbesondere der Hochdurchsatzsequenzierung von DNS leistet.

Qualitative Forschung hat eine lange Tradition in den Geistes- und Sozialwissenschaften und wurde lange in der medizinischen Forschung wenig beachtet. In den letzten beiden Jahrzehnten erfolgte ein Wandel, so erlebt qualitative Forschung und Mixed Methods Research nun zunehmende Aufmerksamkeit auch in der medizinischen Forschung. So können kausale Zusammenhänge durch quantitative Methoden und subjektorientiertes, praxisnahes Verstehen durch qualitative Methoden gleichermaßen erfasst werden.

Diese Habilitationsschrift hat zum Ziel qualitative Forschung in konventioneller und Integrativer Medizin mit der Bedeutung des Persönlichen, Individuellen und Interaktiven darzulegen. Darüber hinaus zielt sie darauf ab, die Bedeutung von Mixed Methods Research mit ihrer Vielfältigkeit der Erkenntnisse durch die Anwendung von verschiedenen Forschungsmethoden und ihren unterschiedlichen Perspektiven vorzustellen. In dieser Schrift wurden zwei qualitative Projekte und zwei Projekte im Mixed Methods Design vorgestellt und diskutiert. Dabei wurden verschiedene qualitative Methoden (Einzelinterviews, Gruppendiskussionen in Form von World Café und Fokusgruppen und teilnehmende Beobachtung) allein, in Kombination im Within Methods-Ansatz oder in einem Mixed Methods Design, also unter Anwendung von qualitativen und quantitativen Methoden, genutzt. Alle vorgestellten Projekte fokussieren sich dabei vor allem auf Auswirkungen sowie Erleben von Therapieangeboten und Einstellung.

Das erste Projekt ergab die Bedeutung der Lebenserfahrung von Senior*innen als mögliche Ressource in der Gesundheitsversorgung. Das zweite Projekt zeigte Schmerzlinderung bei Patient*innen mit chronischen Schmerzen durch eine Berührungsbehandlung, sowie Entspannung, Wohlbefinden und verbesserte therapeutische Beziehungen bei Patient*innen und Pflegekräften. Das dritte Projekt berichtete von positiv erlebten Auswirkungen auf Psyche und Körper von Akupunktur während der Chemotherapie bei Brustkrebs und der Bedeutung von Coping-Strategien zur Verbesserung der Lebensqualität. Und das vierte Projekt wies auf eine positive Bewertung von Nutzer*innen und Akteur*innen einer psychosozialen Beratungsstelle hin, insbesondere Stärkung psychosozialer Ressourcen und zur Krisenintervention.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass in allen Studien die Bedeutung der Beziehungen, der Einfluss der eigenen Einstellung auf Krankheitserleben und -bewältigung und der Wunsch als Mensch in seiner Gesamtheit gesehen zu werden eruiert wurde. Insbesondere zur Untersuchung von komplementären und Integrativen Therapien und im psychosozialen Bereich sind qualitative Methoden besonders gut geeignet, da sie die Effekte komplexer Therapieverfahren gut darstellen. Studien im Mixed Methods Design ermöglichen einen vertieften und erweiterten Erkenntnisgewinn durch die Anwendung multiperspektivischer Methoden. Qualitative Forschung und Mixed Methods Research stellen daher eine Bereicherung im medizinischen Wissenschaftsdiskurs dar.

Kardiovaskuläre Erkrankungen stellen die weltweit führende Todesursache dar, weshalb ihrer Früherkennung eine übergeordnete Rolle zukommt. In dieser kumulativen Habilitationsschrift wurde experimentell untersucht, wie sich verschiedene Pathologien in ihren Frühphasen auf die Deformationseigenschaften ("Strain") des linken Ventrikels auswirken, und wie dies für diagnostische Zwecke genutzt werden könnte. Am Beispiel von Subendokardfibrose, Adipositas-Kardiomyopathie und Anthrazyklin-induzierter Kardiotoxizität wurden verschiedene Mechanismen identifiziert, die zu einer eingeschränkten linksventrikulären Myokarddeformation führen. Dabei wurde insbesondere der Stellenwert des longitudinalen Strains als sensitiver Parameter mit diagnostischem Potenzial in der Früherkennung kardiovaskulärer Erkrankungen herausgearbeitet.

Hintergrund: Nach einem Schlaganfall zählt Depression zu der häufigsten neuropsychiatrischen Komplikation. In der Gesamtbevölkerung ist C-reaktives Protein als Prädiktor für eine Depression etabliert. Hier wollen wir untersuchen, ob hochsensitives C-reaktives Protein (hs-CRP) bei Patient:innen nach einem milden bis moderatem Schlaganfall über die Zeit mit depressiven Symptomen assoziiert ist und ob es einen Unterschied bezüglich der Ausprägung bei Männern und Frauen gibt. Methoden: Wir rekrutierten Patient:innen mit einem erstmaligen Schlaganfall für die Prospective Cohort with Incident Stroke Berlin (NCT01363856). Die depressive Symptomlast der Patient:innen wurde mit dem validierten CES-D (Center for Epidemiologic Studies Depression Scale) Fragebogen an insgesamt drei Beobachtungszeitpunkten über drei Jahre erfasst, wobei ein CES-D über dem Schwellenwert von 16 Punkten auf eine klinisch signifikante Depression hindeutet. Einflussfaktoren wurden systematisch mit directed acyclic graphs (DAG) identifiziert und für die adjustierten Berechnungen genutzt. Den Zusammenhang von hs-CRP zu CES-D Werten an den einzelnen Jahren berechneten wir mit einem linearen Modell. Mit gemischten linearen Modellen berechneten wir die Effektstärke von hs-CRP auf CES-D Werten über drei Jahre und in den Subgruppenanalysen berechneten wir zusätzlich, ob 1) eine Dosis-Wirkungsbeziehung von hs-CRP zu den CES-D Werten über die Zeit vorliegt 2) sich die Effektstärke von subklinischen hs-CRP (< 10 mg/l) zu CES-D Werten über die Zeit unterscheidet 3) ergänzende Störfaktoren das Modell verbessern. In allen Analysen inkludierten wir einen Interaktionsterm, um einen Unterschied zwischen den Geschlechtern zu identifizieren. Ergebnisse: Wir analysierten 585 Patient:innen mit einem mildem bis moderatem ischämischem Schlaganfall. Die Patient:innen waren durchschnittlich 67 (SD 13) Jahre alt, 39 % waren weiblich und der mediane NIHSS Score betrug 3 (IQR 1 -4). Im ersten Jahr gaben 20% der Teilnehmenden einen CES-D Wert von ≥ 16 an. Im zweiten Jahr waren es 21% und im dritten Jahr 17%. In unserem linear gemischten Modell waren höhere log-transformierten hs-CRP Level mit höheren CES-D Werten assoziiert (β=1,28; (95% CI, 0,22–2,34)). Für Frauen bestätigt sich diese Assoziation in der Interaktionsanalyse (β=2,33; (95% CI, 0,71–3,95)) und allen Subgruppenanalysen. Schlussfolgerung: In unserer Kohorte von Patient:innen mit mildem bis moderatem erstmaligem ischämischen Schlaganfall zeigen sich erhöhte hochsensitive C-reaktives Protein Level bei Studieneinschluss mit höheren depressiven Symptomen über drei Jahre assoziiert und werden durch die Subgruppenanalysen bestätigt. In den Interaktionsanalyse konnten wir zeigen, dass sich diese Assoziation insbesondere für Frauen nachweisen lässt.

Ziel der kumulativen Habilitationsschrift war es, ethische Haltung und den Umgang mit Grenzentscheidungen aus verschiedenen Perspektiven zu erfassen. Hierzu wurden Umfrage-basierte Studien unter verschiedenen perinatologischen Berufsgruppen zum einen und der Bevölkerung und betroffenen Elternpaaren zum anderen durchgeführt.

Im Fokus der Befragungen standen jeweils die vielfältigen Aspekte und Einflüsse auf die elterliche Beratung und Entscheidungsfindung bei drohender extremer Frühgeburtlichkeit bzw. bei Feten mit pränataldiagnostisch gesicherten komplexen kardialen Fehlbildungen zu analysieren.

Zusammenfassend kann aus den erbrachten Studien abgeleitet werden, dass die Haltung und der Umgang mit medizin-ethischen Entscheidungen von individuellen Wertevorstellungen und professionsabhängigen Erfahrungen abhängig ist und sich in einem steten zeitlichen Wandel befindet. Um eine gemeinsame Sprache zwischen Ärzt*innen und Patient*innen bzw. Stellvertreter*innen in Beratungsgesprächen zu finden, kann es wichtig sein, Informations- und Wissenslücken in der Bevölkerung zu schließen.

Neben spenderabhängigen Einflussfaktoren und einem unvermeidbaren Endothelzellverlust im Rahmen einer passiven Organkultivierung, auch wenn diese aktuell den Goldstandard darstellt, hat die Augenhornhautbank Einfluss auf die Endothelzelldichte von Augenhornhäuten. Die fehleranfällige Bestimmung der cornealen Endothelzelldichte von Spenderaugenhornhäuten lässt sich durch eine computerbasierte Analyse zweifelsfrei positiv beeinflussen. Wir konnten zeigen, dass die entwickelte Bildanalysesoftware vollautomatisch valide und reproduzierbar die zentrale Endothelzelldichte bestimmt. Unsere Untersuchungen fanden einen relevanten Endothelzellverlust durch die Verwendung einer stärker hypoosmolaren Substanz für die lichtmikroskopische Visualisierung dieser Zellen. Durch die Verwendung einer möglichst gering hypoosmolaren Substanz mit einer niedrigen Expositonsdauer kann die Endothelzellschicht im Rahmen der Organkultivierung von Spenderaugenhornhäuten geschützt werden. Hypotherme und hypertherme Temperaturänderungen zeigten in unseren Arbeiten in einem Bereich zwischen +4 und +42°C keinen Effekt auf die cornealen Endothelzellen von organkultivierten Augenhornhäuten. Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes und über +42°C müssen, z.B. während des Transportes von Augenhornhauttransplantaten zum Empfänger, streng vermieden werden, da ansonsten eine komplette Nekrose der empfindlichen Endothelzellschicht eintritt. Die aktuellen Forschungen zu einer aktiven Organkultivierungsform von Spenderaugenhornhäuten ergaben vielversprechende Ergebnisse hinsichtlich einer Protektion der Endothelzellen. Dabei muss auf die bekannten positiven Effekte der etablierten Organkultur nicht verzichtet werden. Solle sich dieser Ansatz erfolgreich in die Routine etablieren lassen, wird es voraussichtlich zu einer echten Evolution der Konservierung von Spenderaugenhornhäuten kommen.