Forschungsprojekte der Hepatologie

​Im Rahmen von Routineuntersuchungen bzw. Behandlungen werden nach Einwilligung des Patienten verschiedene Probenmaterialen wie Serum, Vollblut, Aszites, Urin, Gewebeproben, Galleflüssigkeit oder Darmsekret zum Aufbau einer Probenbank gewonnen und archiviert.

Krankheitsbilder unterschiedlicher Ätiologien können zu akuten und chronischen Leberschädigungen führen. Der größte Anteil der Lebererkrankungen wird durch Alkohol verursacht. Des Weiteren können Lebererkrankungen durch virale Infektionen (z. B. Hepatitis B, Hepatitis C), autoimmune (z. B. Autoimmunhepatitis) oder metabolische (z. B. nicht-alkoholische Fettleber) Mechanismen ausgelöst werden.

Im letzten Jahrzehnt konnten verschiedene Determinanten von immunologischen, inflammatorischen, steatotischen und onkogener Prozessen und relevante Veränderungen der genetischen Grundausstattung des Menschen identifiziert werden, die die Suszeptibilität und die Krankheitsprogression der komplexen hepatologischen Systemerkrankungen modifizieren. Die Entdeckung dieser genetischen Varianten und weiterer Parameter lässt uns die Pathogenese und die individuelle Variabilität vieler chronischer Leberkrankheiten besser verstehen. Die Bestimmung von neuen Markern und die genetische Charakterisierung der Patienten werden in Zukunft an Bedeutung gewinnen und in Therapie- und Überwachungsstrategien einbezogen werden, um den Patienten eine optimierte Vorsorge sowie eine individuell-adaptierte Behandlung zu ermöglichen.

Im Rahmen von Routineuntersuchungen bzw. Behandlungen werden verschiedene Probenmaterialen wie Serum, Vollblut, Aszites, Urin, Gewebeproben, Galleflüssigkeit oder Darmsekret zum Aufbau einer Probenbank gewonnen und archiviert. Die Entnahme der Materialen erfolgt nach Einwilligung des Patienten und wurde durch die Ethikkommission der Universität Leipzig genehmigt. Die archivierten Proben werden in unserem Forschungslabor und in Kooperationsprojekten mit externen Partnern für die Entwicklung neuer diagnostischer Methoden und die Identifizierung neuer Marker genutzt.

Das Ziel dieser Forschungsprojekte ist es, langfristig das Verständnis der Entstehung der Lebererkrankung und/oder die Prognose der Krankheitsprogression zu verbessern.

Innovationen in Medizin und Forschung zur Prävention von Leberkrebs

Die Erkrankungen der Leber sind vielfältig. Von der Einlagerung von überschüssigem Fett (Steatose) kann ein Umbau des Gewebes ausgehen, der über pathologische Veränderungen wie Fibrose und Zirrhose zur Entstehung von Tumoren (HCC) führen kann. Für eine individuelle Behandlung von Patient/innen ist es notwendig, bessere Vorhersagen treffen zu können, ob ein hohes Risiko für die Entstehung eines HCC besteht. Dafür werden die einzelnen Stadien der Fettlebererkrankung mit dem Übergang zum HCC besser charakterisiert und durch die Identifikation von Biomarker eingeordnet. Für diese Forschung der verbesserten Prävention im Bereich der Lebererkrankungen wird im Rahmen der „Nationalen Dekade gegen Krebs“ das interdisziplinäre Konsortium LiSyM-Krebs durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) ab dem 1. Juli 2021 gefördert. In LiSyM-Krebs arbeiten Forschungsgruppen deutschlandweit zusammen und die Synergie von Medizin, Biochemie, Informatik und mathematischer Modellierung wird genutzt, um in einem systemmedizinischen Ansatz die Gesamtheit der pathologischen Prozesse in der Leber zu verstehen. Von der Universität Leipzig sind Forschende unter der Leitung von Prof. Thomas Berg (Hepatologie), Prof. Daniel Seehofer (Hepatobiliäre Chirurgie), Prof. Timm Denecke (Radiologie) und Dr. Stefan Höhme (Bildanalyse und Modellierung) an LiSyM-Krebs beteiligt und werden mit rund 1,7 Mio € gefördert.​​

​Suche und Charakterisierung neuer serologischer Hepatitis-B-Virus-Biomarker

Die Hepatitis B zählt mit 350 Millionen chronisch Infizierten zu einer der häufigsten Virusinfektionen weltweit und kann einen sehr variablen klinischen Verlauf nehmen. Für die Sicherung der jeweiligen Diagnose und für die Beobachtung einer chronischen Infektion unter Therapie können verschiedene Virus-Antigene wie das Hepatitis B Oberflächenantigen (englisch: HBV surface antigen, kurz: HBsAg) und das sekretierte Hepatitis B E Antigen (HBeAg), körpereigene Antikörper gegen diese viralen Antigene sowie die Virus-DNA im Serum nachgewiesen werden. Diese viralen Biomarker helfen jedoch nur bedingt einen individuellen Therapieerfolg zu überwachen bzw. vorherzusagen.

Die Hepatitis B zählt mit 350 Millionen chronisch Infizierten zu einer der häufigsten Virusinfektionen weltweit. Etwa zwei Drittel aller Infektionen verlaufen dabei ohne klinische Symptome und nur etwa ein Drittel der Infizierten zeigen nach einer Inkubationszeit von ein bis sechs Monaten klassische Symptome wie eine Gelbfärbung der Haut (Ikterus), dunklen Urin, Gliederschmerzen, Schmerzen im Oberbauch, Übelkeit, Erbrechen und Durchfall. Bei Erwachsenen verläuft die Infektion nur in ca. 5 - 10 Prozent der Fälle chronisch. Bei Neugeborenen hingegen ist die Chronifizierungsrate mit über 90 Prozent  am höchsten und hat vor allem in Entwicklungsländern eine steigende Inzidenz. Bei etwa einem Viertel aller chronischen Hepatitis-B-Erkrankungen ist ein progredienter Krankheitsverlauf zu beobachten, der häufig zu erheblichen Folgeschäden wie beispielsweise zu einem Leberzellkarzinom oder einer Leberzirrhose führen kann und meist eine lebenslange Therapie erfordert. Hierbei stehen zurzeit Interferone, welche das Immunsystem anregen sollen, sowie Nukleosid- bzw. Nukleotidanaloga, welche die Vermehrung des Virus aktiv verhindern sollen, als medikamentöse Therapie zur Verfügung. Für die Sicherung der jeweiligen Diagnose und für die Beobachtung einer chronischen Infektion unter Therapie können verschiedene Virus-Antigene wie das Hepatitis B Oberflächenantigen (englisch: HBV surface antigen, kurz: HBsAg) und das sekretierte Hepatitis B E Antigen (HBeAg), körpereigene Antikörper gegen diese viralen Antigene sowie die Virus-DNA im Serum nachgewiesen werden.

Diese viralen Biomarker helfen jedoch nur bedingt einen individuellen Therapieerfolg zu überwachen bzw. vorherzusagen, sodass wir bemüht sind neue HBV-Biomarker zu finden und zu charakterisieren, welche das frühzeitige Ansprechen einer Therapie voraussagen können, und somit eine unnötige Therapie, welche oft auch mit Nebenwirkungen verbunden ist, zu vermeiden.

Wir können mittels quantitativer Bestimmung von HBV-RNA im Serum einen möglichen HBeAg-Verlust, welcher mit einer Verbesserung der chronischen Erkrankung assoziiert ist, in bestimmten Hepatitis-B-Patientengruppen vorhersagen.

Weiterhin untersuchen wir mithilfe der Quantifizierung der einzelnen Komponenten des viralen Antigens HBsAg das genaue Hepatitis-B-Infektionsstadium, um zukünftig entscheiden zu können, welche Patienten eine antivirale Therapie benötigen und welche nicht.

Neben neuen Serumbiomarkern suchen und charakterisieren wir auch neue genetische Marker, welche den Zusammenhang zwischen dem Immunsystem der Patienten und dem Verlauf der HBV Infektion besser beschreiben und eine Identifikation neuer Risikofaktoren ermöglichen.

​Die Diagnose des hepatozellulären Karzinoms (HCC) erfolgt oft erst in einem fortgeschrittenen Tumorstadium, so dass die Prognose im Allgemeinen schlecht und die Überlebensraten der HCC-Patienten gering sind. Daher steht u.a. die Etablierung neuer sensitiver Biomarker im Fokus der aktuellen HCC-Forschung.

Der bis heute zur HCC-Früherkennung und Beurteilung des Krankheitsverlaufs gebräuchlichste Tumormarker ist das Alpha-Fetoprotein (AFP), dessen Serumkonzentration einen prädiktiven Wert zur Einschätzung des Therapieansprechens und der Prognose bei HCC-Patienten mit erhöhten AFP-Konzentrationen darstellt. Bei Patienten mit niedrigen AFP-Spiegeln ist dagegen eine serumbasierte Beurteilung des Therapieansprechens mithilfe aktuell nicht möglich. Daher ist das Ziel dieses Projektes neue serumbasierte HCC-Biomarker zu identifizieren, die die Prognose und / oder das Therapieansprechen zuverlässig vorhersagen können. Erste Hinweise haben ergeben, dass der Wnt-Signalweg-Inhibitor Dickkopf-1 und das Heparansulfat-Proteoglykan Glypican-3 hier eine herausragende Rolle spielen könnten.

​Biomarker-adaptierte personalisierte Therapiestrategien sind für das HCC bisher kaum etabliert, werden aber aufgrund zahlreicher neuer Entwicklungen in der Systemtherapie dringend benötigt. Im Blut zirkulierende Tumorbestandteile wie freie Tumor-DNA (ctDNA) oder zirkulierende Tumorzellen (CTCs) könnten bei der Vorhersage des Rezidivrisikos und der Etablierung personalisierter Therapiealgorithmen eine wichtige Rolle spielen.

Das Ziel dieses Projektes ist es, eine hoch-sensitive Methode zu etablieren, mit der HCCs frühzeitig anhand von Flüssigbiopsien detektiert werden und Aussagen zur Prognose oder einem Therapieansprechen getroffen werden können. Dazu sollen sowohl CTCs im Blut als auch ctDNA im Blut sowie im Urin von HCC-Patienten im Verlauf, unter Behandlung mit unterschiedlichen therapeutischen Ansätzen, quantifiziert werden. Auf diese Weise sollen potentielle Biomarker identifiziert werden, die mit dem Therapieansprechen bzw. dem Krankheitsprogress korrelieren.

​Identifikation von Risikofaktoren für die Entstehung und die Progression des hepatozellulären Karzinoms

In westlichen Ländern ist die hepatozelluläre Karzinogenese mit bekannten zugrunde liegenden klinischen Risikofaktoren wie viraler Hepatitis, übermäßigem Alkoholkonsum und nicht-alkoholischer Fettleberkrankheit (NAFLD) assoziiert. Etwa 80 - 90 Prozent aller hepatozellulärer Karzinome (HCC) entwickeln sich dabei bei Patienten mit chronischen Lebererkrankungen oder einer Leberzirrhose. Bei einer kleinen Anzahl von Patienten mit HCC kann dagegen kein Risikofaktor identifiziert werden. Unbekannt ist bisher, ob es neben den klinischen Parametern auch genetische Prädispositionen gibt, die die Entwicklung eines HCCs in kaukasischen Patienten mit einer chronischen Lebererkrankung begünstigen.

Ziel dieses Projektes ist die Identifizierung genetischer Risikofaktoren für die Progression der Leberzirrhose zum hepatozellulären Karzinom, die unabhängig von der zugrundeliegenden Ätiologie der Leberzirrhose auftreten. Dazu sollen in Kooperation mit der Universität Dresden (Prof. Dr. Jochen Hampe) in einer multizentrischen Studie eine genomweite Assoziationsanalyse (GWAS) durchgeführt werden, um dann erste funktionelle Analysen der identifizierten genetischen Varianten anzuschließen

​Analysen genetischer Varianten im angeborenen Immunsystem bei HCC-Patienten

Das angeborene Immunsystem spielt bei bakteriellen und viralen Infektionen sowie bei Krebserkrankungen eine wichtige Rolle. Seine Aufgabe ist die Erkennung von pathogenen Organismen und die Aktivierung von Typ-1-Interferonen, pro-inflammatorischen Zytokine und weiteren Immunreaktionen. Als Sensoren fungieren die sogenannten Toll-like-Rezeptoren. Sie werden von Immunzellen exprimiert, die sowohl im Blutkreislauf als auch in der Leber zirkulieren. Genvariationen (Polymorphismen) in den Toll-like-Rezeptoren können die Leistung des Systems beeinflussen und somit für die Entwicklung, Dauer und Schwere von Krankheiten von Bedeutung sein. Die molekularen Grundlagen der beobachteten Effekte und deren immunologischen Konsequenzen in humanen Primärzellen sind bislang ungeklärt.

Untersuchungen in Zellkultursystemen lieferten erste Hinweise für die funktionelle Relevanz der genetischen Varianten von Toll-like Rezeptoren (TLR) des angeborenen Immunsystems. Die Ergebnisse können jedoch nicht ohne weiteres auf humane Primärzellen des Blutes übertragen werden. Das Ziel dieses Projekts ist daher die systematische Analyse von krankheitsrelevanten TLR3-, TLR4- und TLR9-Polymorphismen im physiologisch relevanten Vollblut-Modellsystem, um die funktionellen Auswirkungen auf die Immunreaktionen sowohl auf Genexpressionsebene als auch auf Proteinebene zu erfassen. Ein solcher Vollblut-Assay ist für das Screening von Polymorphismen optimal, weil diese Methode schnell und einfach durchzuführen ist und akkurate Ergebnisse liefert. Die geplanten Untersuchungen sollen die Verbindung zwischen genetischen Variationen in Schlüsselkomponenten des angeborenen Immunsystems mit der Suszeptibilität und Progression von Infektionserkrankungen beschreiben und erste Anhaltspunkte zur molekularen Ursache der Funktionsveränderung aufdecken.

Durch neue molekularbiologische Nachweismethoden sollen Infektionserreger im Blut von Patienten mit Leberzirrhose bzw. in anderen Körperflüssigkeiten frühzeitig und sensitiv nachgewiesen werden. Zusammen mit der Suche nach neuen Markern zur Bestimmung einer Veranlagung der Patienten oder zur Beschreibung des klinischen Krankheitsverlaufs soll dadurch das Management dieser Patienten verbessert und neue therapeutische Angriffspunkte ermittelt werden.

Abermillionen Bakterien tummeln sich auf und in unserem Körper und bilden das Mikrobiom eines Menschen. Die größte Dichte dieser Mikroorganismen befindet sich in unserem Darmsystem. Neueste Forschungsergebnisse deuten auf eine Verbindung zwischen der Zusammensetzung des Mikrobioms im Darm und Erkrankungen des Verdauungssystems sowie Stoffwechselerkrankungen hin. Die Ursache dafür ist eine gestörte Darmbarriere, die einen übermäßigen Austritt von Bakterien oder Bakterienbestandteilen aus dem Darm ermöglicht. Bei einem gleichzeitig geschwächten Immunsystem kann dies zu einer Entzündungsreaktion in einzelnen Organen oder im gesamten Körper führen.

Bei Patienten mit Leberzirrhose löst dieser Vorgang zahlreiche Veränderungen aus und erhöht unter anderem das Risiko für schwere Infektionen wie z.B. Bauchfellinfektionen, die sich deutlich negativ auf den Verlauf der Erkrankung auswirken. Der frühzeitige Nachweis dieser Infektionen wird durch die begrenzte Sensitivität der herkömmlichen mikrobiellen Nachweismethode erschwert, so dass aktuell eine Therapie häufig erst verzögert begonnen wird und schwerwiegende Verläufe bis zum Tod des Patienten nicht immer verhindert werden können.

Das Ziel dieses Projektes ist es daher, Infektionserreger (Bakterien und Pilze) im Blut der Patienten und ggf. in weiteren Körperflüssigkeiten wie Bauchwasser (Aszites), Darmsekreten etc. möglichst frühzeitig nachzuweisen. Durch die Etablierung neuer molekularbiologischer Nachweismethoden, die auf dem Erbgut der Erreger basieren, können wir inzwischen u.a. auch Mikroorganismen erfassen, die mit den derzeit verwendeten Kulturmethoden nicht nachgewiesen werden können.

Ein weiterer Schwerpunkt dieses Projektes besteht in der Suche nach zusätzlichen genetischen Markern (single nucleotide polymorphisms, SNPs) sowie Biomarkern (Zytokine, Granulozytenaktivität, Mikropartikel u.a.), die eine Veranlagung der Patienten mit Leberzirrhose für die Entstehung einer Entzündungsreaktion oder den zu erwartenden klinischen Verlauf dieser Infektion vorhersagen können.

Langfristig soll dadurch das Management der Patienten mit Leberzirrhose verbessert und neue therapeutische Angriffspunkte identifiziert werden.

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