Berlin - Wozu Blutgefäße da sind, weiß man spätestens dann, wenn man sich mal in den Finger geschnitten hat. Doch sie versorgen den Körper nicht nur mit Blut – also Sauerstoff und Nährstoffen. Sie spielen auch bei fast allen Erkrankungen eine Rolle, können über Leben und Tod entscheiden. Auf welche Weise dies geschieht, wird  in der vaskulären Biomedizin erforscht, einem neuen gemeinsamen Berliner Forschungsbereich des Max-Delbrück-Centrums für Molekulare Medizin (MDC) und des Berlin Institut of Health (BIH). Dieser zieht nun in ein neues Gebäude in Berlin-Buch. Das Käthe-Beutler-Haus wird am 24. März eröffnet. Sprecher der Einrichtung ist Holger Gerhardt, ein weltweit renommierter Spezialist für Angiogenese, also Blutgefäßbildung. Er spricht über ein Forschungsfeld, das sehr viele Ansätze vereint.

Herr Professor Gerhardt, warum konzentriert sich ein ganzes Zentrum gerade auf die Blutgefäße?

Holger Gerhardt: Blutgefäße sind essenziell für alle Entwicklungsprozesse, unter anderem für die Frage, wie gesund wir sind, wie schnell wir altern, ob uns die Haare ausfallen. Egal welches Organ wir anschauen: Blutgefäße sind nicht nur die Schnittstelle zwischen allem, was in den Körper hineinkommt und dem Umgang der Organe damit. Sie sind auch die Schnittstelle zum Immunsystem. Gerade in der Zeit der Covid-19-Pandemie wird wohl jedem sehr deutlich vor Augen geführt, wie wichtig Blutgefäße sind.

Warum?

Weil so gut wie alle schweren Komplikationen der Covid-19-Erkrankung etwas mit Störungen der Blutgefäße zu tun haben. In der Folge kommt es nicht selten zu Thrombosen, Lungenembolien und Schlaganfällen. Und die Patientinnen und Patienten, denen es besonders schlecht geht, sind auch meist die, die bereits Vorschädigungen im Blutgefäßsystem hatten. Die große Herausforderung für die Medizin und die Forschung ist, dass gerade die kleinsten Gefäße, in denen das Wesentliche passiert, so schwer zu untersuchen sind. Dazu gibt es noch zu wenig Diagnostik und auch zu wenig Verständnis über die grundlegenden biologischen Mechanismen. Hier wollen wir einen Schwerpunkt setzen.

Foto: Pablo Castagnola/MDC
Zur Person

Holger Gerhardt, geboren 1969 in Mannheim, studierte Biologie in Darmstadt und Tübingen, promovierte über die Blut-Hirn-Schranke. Er forschte in Schweden, London und im belgischen Leuven. 2014 gelang es, den renommierten Spezialisten für Angiogenese nach Berlin zu holen. Er forscht am Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (MDC), ist Professor für experimentelle Herz-Kreislauf-Forschung am 2013 gegründeten Berlin Institute of Health (BIH) und arbeitet mit Medizinern der Charité – Universitätsmedizin Berlin und des Deutschen Zentrums für Herz-Kreislauf-Forschung (DZHK) zusammen.

Holger Gerhardt ist Sprecher des gemeinsamen Zentrums „Vaskuläre Biomedizin“ von BIH und MDC. Dieses erhält am 24. März auf dem Campus Berlin-Buch ein neues Gebäude. Dafür wurden Teile einer ehemaligen Klinik umgebaut und durch einen Neubau ergänzt. Das Haus am Lindenberger Weg 80 trägt den Namen von Käthe Beutler, einer Kinderärztin, die 1935 vor den Nazis in die USA floh.

Werden die Blutgefäße noch nicht genügend erforscht?

Es gibt hervorragende Forschung dazu in Deutschland. Aber insgesamt stehen die Blutgefäße noch zu wenig im Fokus, gemessen an der Bedeutung, die sie besitzen. Ein Beispiel: Wir haben bereits seit Jahren eine Art Pandemie der Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Es sterben mehr Menschen daran als an Krebs. Aber wenn man sich die Finanzierung der Forschung anschaut, besteht ein erhebliches Ungleichgewicht. Und in der Praxis sieht es so aus: Ein Schlaganfallpatient kommt normalerweise in die Neurologie, wo die Symptome behandelt werden. Aber für die eigentliche Ursache, die Gefäßerkrankung, gibt es kaum Expertise. Das gleiche gilt für die Nephrologie. Es gibt so viele Gefäßerkrankungen, bei denen man Symptome behandelt, aber nicht an der Ursache ansetzt. Und das wollen wir mittel- bis langfristig ändern.

Sie sprachen einmal von einem Rätsel, vor dem Mediziner oft stehen: Zwei auf den ersten Blick ähnliche Menschen erleiden einen Schlaganfall. Der eine erholt sich schnell wieder, der andere erleidet einen schweren oder gar tödlichen Verlauf. Kann man schon sagen, woran das liegt und wie das mit den Blutgefäßen zusammenhängt?

Das ist eine sehr gute Frage. Und genau das wollen wir wirklich verstehen. Im Einzelfall ist diese Frage aber sehr schwer zu beantworten. Deshalb hat das BIH eine große Kohortenstudie finanziert, die viele Kliniker und Wissenschaftler des BIH, der Charité und des MDC gemeinsam aufgelegt haben: die Berlin Longterm Observation of Vascular Events Study (BeLOVE). Hier werden Patientinnen und Patienten mit Schlaganfall, Herz- oder Nierenversagen, schwerem Diabetes und neuerdings nach einer Covid-19-Erkrankung über zehn Jahre untersucht. Es wird genau analysiert: Was sind für Komponenten im Blut, wie sehen das Immunsystem und die Darmflora aus? Man braucht erst einmal möglichst viele Biomarker und Daten, um sagen zu können, wer vielleicht ein besonders hohes Risiko für einen schweren Verlauf hat.

Foto: Tijana Perović/MDC)
Netze von Blutgefäßen im Gehirn

Gibt es bestimmte Vorgänge im Zusammenhang mit schweren Verläufen, die man bereits jetzt beobachten kann?

Unter anderem kann man sehen, dass häufig eine sehr starke Immunantwort zu schweren Verläufen führt. Zwar ist ein Schlaganfall selbst kein infektiöses Geschehen. Aber dennoch gibt es immer eine Immunantwort aufgrund der Schädigung. Und häufig findet man eine Überreaktion des Immunsystems oder  Entzündungen in weiteren Bereichen des Organismus, die zu Folgeschäden führen. Das ist ähnlich wie bei denen, die durch Covid-19 ausgelöst werden und die man mit Long Covid bezeichnet. Eigentlich gehen wir heute davon aus, dass die Prozesse in all diesen Erkrankungen sehr ähnlich sind. Aber das müssen wir noch genauer analysieren. Genau dies ist die große Chance des neuen Schwerpunkts vaskuläre Biomedizin: Wir können hier wirklich an Material von Patienten forschen, die modernsten  Untersuchungsmethoden am MDC nutzen und auch mit Tiermodellen arbeiten.

Sie entdeckten vor etwa zwei Jahrzehnten die sogenannte Aussprossung der Blutgefäße. Bildlich gesehen handelt es sich um lange, fadenförmige Auswüchse von Leitzellen, die nachfolgenden Zellen die Richtung weisen. Daraus bauen sich feine Kapillaren auf, die sich zu einem Netz verbinden. Sind solche Vorgänge wichtig, um Krankheiten zu verstehen, die mit den Blutgefäßen zusammenhängen?

Ja, der Grundansatz ist, dass wir erst einmal verstehen wollen, wie die einzelnen Zellen zusammenarbeiten, um das geordnete Muster zu bilden. Verantwortlich für die neue Aussprossung von Blutgefäßen sind die sogenannten Endothelzellen, die die innere Auskleidung aller Gefäße bilden. Sie weisen den neuen Gefäßen den Weg. Erst dann werden die unterstützenden Glattmuskelzellen rekrutiert, um die Gefäße zu verstärken. Endothelzellen sind so wichtig, weil sie ähnlich wie Nervenzellen sehr langlebig sind. Was wir an Schädigungen über Jahrzehnte dort mitnehmen, das bleibt auch. Und das bestimmt vermutlich auch, wie zukünftige Krankheitsverläufe ablaufen. 

Dies ist sicher ein sehr komplexes Geschehen.

Äußerst komplex. Denn wir ändern uns ständig. Es gibt Blutgefäße, die werden nur zu bestimmten Zeiten durchblutet. Zum Beispiel im Auge, abhängig von Licht und Dunkelheit. Wenn wir nachts auf der Seite liegen, passiert etwas anderes mit verschiedenen Gefäßen im Gehirn, als wenn wir auf dem Rücken liegen. Es gibt unheimlich dynamische Prozesse. Deswegen ist auch Bewegung so wichtig für uns – und zwar geistige und körperliche.

Was geschieht denn bei Bewegung?

Der veränderliche Blutdruck, die Blutflussgeschwindigkeit und anderes bilden physiologische Stimuli, um unsere Blutgefäße jung, gesund und adaptiv zu halten. Beim körperlichen und auch geistigen Training werden neue Blutgefäße gebildet. Wenn das nicht mehr passiert, können kleinste Gefäße einfach abgebaut werden. Und dies führt dann zu vaskulärer Demenz. Das Spannende, das wir gerade erforschen, ist: Wenn mehr Blut durchfließt, wird das Endothel, also die innere Auskleidung der Gefäße, mechanisch stimuliert. Diese Scherkräfte sind ein Signal für die Gefäße, elastisch zu werden, aufzugehen, um bessere Durchblutung zu ermöglichen. Wenn die Gefäße aber zu steif sind, dann kann der gleiche Stimulus dazu führen, dass das Endothel stattdessen Entzündungsmediatoren freisetzt und es zu einer lokalen Entzündung kommt. Und dabei spielt der Stoffwechsel eine Rolle.

Foto: Felix Petermann/MDC 
Das Käthe-Beutler-Haus, das neue Gebäude für den Forschungsbereich „Vaskuläre Biomedizin“ in Berlin-Buch.

Ein Thema, für das Sie auch neue Experten nach Berlin holten.

Ja, wir konnten für unseren Forschungsfokus unter anderem den Kardiologen und BIH-Professor Michael Potente aus Frankfurt am Main und Bad Nauheim gewinnen, der sich besonders für den Einfluss des Stoffwechsels – des Metabolismus – auf die Blutgefäße interessiert und da bereits Bahnbrechendes geleistet hat. Wir wollen gemeinsam verstehen: Was sind die physiologischen Anpassungsmechanismen der Blutgefäße? Und wie und wann schlagen sie in diese entzündlichen Prozesse um? Und wo ist die Achillesferse des Systems, die wir vielleicht sogar therapeutisch angehen können, um es wieder in den physiologischen Gleichgewichtszustand – die Homöostase – zurückzubewegen? Beim Diabetiker zum Beispiel haben sich die Endothelzellen mit der Zeit verändert und ihre spezifischen Eigenschaften verloren. Dies führt zu den häufigen Gefäßproblemen bei dieser Krankheit.

Auch beim Krebs spielen Stoffwechsel und Blutgefäße eine wichtige Rolle. 

Ja, aus diesem Grund propagierten Forscher wie der amerikanische Zellbiologe Judah Folkman in den 1970er-Jahren die Idee, Tumore am Wachstum zu hindern, indem man ihnen mit Medikamenten Nährstoffe und Sauerstoff nimmt. Doch der Ansatz bewährte sich nicht. Das Problem ist: Blutgefäßbildung ist so fundamental wichtig, dass die Blockierung eines einzelnen Faktors nicht reicht. Der Körper findet sehr schnell andere Mechanismen. Andererseits geht es beim Krebs vor allem darum, die Streuung zu verhindern, die Bildung von Metastasen. Und man hat festgestellt, dass ein Tumor, der nicht genügend versorgt wird, auch eher zu streuen scheint. Es ist etwa so, als wenn man seinen Garten nicht gießt und die Pflanzen anfangen, zu versamen. Es gibt inzwischen sogar die umgekehrte Bestrebung, Blutgefäße im Tumor zu normalisieren und zu verbessern, auch, damit er besser behandelt werden kann.

Bild: Tijana Perović/MDC/Christopher Harms/Charité
Bild eines Schlaganfalls im Gehirn. Das schlangenförmige Gefäß ist eine sogenannte Kollaterale, die nach dem  Schlaganfall durch mehr Blutfluss größer und funktional wird.

Das Käthe-Beutler-Haus, das neue Gebäude in Berlin-Buch, wird der zentrale Standort für die vaskuläre Biomedizin. Was soll dort geschehen? 

Wir wollen weitere Top-Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftler gewinnen, die in dieses Haus ziehen. Für unsere Forschungsgruppen gibt es Labore, Büros, Räume für neueste Omics-Technologien zur Gensequenzierung, Protein- und Stoffwechselanalyse, für die Einzelzellanalyse und ganz neue Mikroskopie-Techniken, die wir nutzen. Am Ende werden vielleicht auf drei Stockwerken etwa 150 bis 200 Leute arbeiten. Vor allem geht es um die Translation. Damit ist die Übersetzung von Grundlagenforschung in neue Präventionen, Diagnostik und Therapien für Patientinnen und Patienten gemeint. Das neue Gebäude soll eine Lücke schließen zwischen Forschung und Klinik und regen Patientenaustausch ermöglichen. Dazu gibt es einen offenen Durchgang zum Experimental and Clinical Research Center (ECRC) von MDC und Charité. So können wir den regen Austausch mit der Hochschulambulanz in Kardiologie, Neurologie, Onkologie und Immunologie pflegen. Und das soll auch den Patienten zugutekommen, die dort behandelt werden.

Sie sind seit 2014 in Berlin. Und es gab eine Zeit, in der es gar nicht so sicher war, ob Sie hier Ihre Forschung so ausbauen können, wie Sie es wollten. Denn Status, Zukunft und Finanzierung des Berlin Institute of Health (BIH) waren lange nicht gesichert, bis der Bund 2019 als Partner mit einstieg. Hat es sich gelohnt, auf Berlin zu setzen?

Das BIH ist jetzt in gutes Fahrwasser gekommen. Es gibt mit der Charité eine tolle Fakultät, und es tut sich sehr viel. Wir würden uns von der Politik an den Grenzflächen zwischen den Institutionen etwas mehr Freiheiten wünschen. Aber wir kommen sehr gut voran. Für mich hat es sich auf alle Fälle gelohnt. Mein Anspruch war, hierher zu kommen, um näher auch mit klinischen Kollegen zusammenzuarbeiten und in Richtung Translation zu gehen. Und das bestimmt meinen Alltag zwischen dem MDC, dem BIH, der Charité und dem Deutschen Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung (DZHK). Da ist unheimlich viel in Bewegung, und es macht viel Spaß.

Das Gespräch führte Torsten Harmsen.