Untersuchungen der zellulären und molekularen Mechanismen der intestinalen Anastomoseninsuffizienz.

• Antragsteller: Professor Dr. Sven Wehner
• Fachliche Zuordnung: Allgemein- und Viszeralchirurgie ; Gastroenterologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 534798626

Anastomoseninsuffizienzen sind eine gefürchtete Komplikation nach kolorektal-chirurgischen Eingriffen. Vorherige Beobachtungen zeigen, dass Prostaglandine (PGs), eine Familie von Lipidmediatoren, die über Cyclooxygenasen aus der Arachidonsäure gebildet werden, entscheidend für den Anastomosenheilungsprozess sind. Klinische und tierexperimentelle Studien zeigen, dass eine Inhibition der Cyclooxygenasen und damit eine unzureichende Produktion von PGs, das Risiko von Anastomoseninsuffizienzen steigert. Die zellulären und molekularen Mechanismen dahinter sind aber nur unzureichend erforscht. In einer massenspektrometrischen Pilotstudie fanden wir eine Aufregulation von PGs, vor allem von Prostaglandin PGE2, im Granulationsgewebe von Anastomosen. Die Inhibition des PGE2-abbauenden Enzyms 15-PGDH reduzierte die Anastomoseninsuffizienzrate. In einem „colonic anastomotic leakage“ (CAL) Tiermodel zeigten mir mittels 3´bulk RNAseq Studien eine differentielle Genexpression verschiedener Enzyme des PGE2-Stoffwechsels sowie der PGE2 Rezeptoren EP2- und EP4 zwischen regulär heilenden (CAH) und CAL-Anastomosen. Gene Ontology Analysen zeigten ein Enrichment von Type-I Interferon, Interferon-γ sowie TNFα-Signaturen in CAL-Anastomosen. Die transkriptionellen Unterschiede traten bereits vor dem klinischen Auftreten von Anastomoseninsuffizienzen auf. Deshalb stellten wir die Hypothese auf, dass PGE2 über EP2 oder EP4 die postoperative Immunantwort in der Frühphase der Anastomosenheilung reguliert und Störungen dieser Signalwege das Auftreten von CAL begünstigen. Da PGE2-Rezeptoren von unterschiedlichen Zelltypen exprimiert werden und multiple zelluläre Prozesse beeinflussen, ist eine detaillierte Untersuchung erforderlich, um ihre Rolle in der Anastomosenheilung zu identifizieren. Ziel dieser Studie ist es, die Rolle der PGE2-Signalwege in der Anastomosenheilung zu entschlüsseln. Dabei verfolgen wir drei Ziele: i) Identifizierung von PGs mittels spatial mass spectrometry imaging sowie die Entschlüsselung transkriptioneller Signalwege in EP Rezeptor-exprimierenden Zellen mittels single-cell RNAseq und spatial transcriptomics in CAL und CAH Modellen. (ii) Analysen verschiedener Interventionsstrategien zur Vermeidung von CAL und zur zellulären Bedeutung der PGE2-Rezeptoren EP2 und EP4 in unterschiedlichen CAL Modellen. (iii) Metabolisches Profiling von Oxypilinen in Blutproben von Patienten mit CAH und CAL. Die gewonnenen Daten werden ein detailliertes Bild des PGE2-Signalwegs und seiner positiven Beeinflussung der Anastomosenheilung liefern. Ferner werden erstmalig umfassende Transkriptomanalysen auf Einzelzellebene im Vergleich von Anastomosenheilung und -insuffizienz generiert. Diese Informationen sollen zukünftig gezielte klinische Studien zur Prävention von Anastomoseninsuffizienzen über den PGE2-Signalweg ermöglichen und stellen eine wertvolle Datenquelle für Folgestudien in der Anastomosenforschung dar.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen