Im Fokus steht dabei der Einfluss von Kohlenstoffdioxid auf die Nahtheilung nach einer Darmoperation. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert dieses Forschungsvorhaben im Rahmen ihres renommierten Emmy Noether-Programms ab August 2024 für sechs Jahre mit rund 1,68 Millionen Euro. Das Projekt ist in der Klinik für Allgemein-, Viszeral-, Thorax- und Transplantationschirurgie (Ärztlicher Direktor: Prof. Dr. Martin Schneider) angesiedelt.

In Deutschland erkranken jedes Jahr rund 350.000 Menschen an Darmkrebs; viele von ihnen werden operiert. Oft wird der betroffene Darmabschnitt entfernt und die beiden Darmenden werden durch Nähte miteinander verbunden. Bei bis zu zwölf Prozent der Patientinnen und Patienten wird diese Verbindung, die sogenannte Anastomose, undicht oder reißt auf: Die Folgen können schwere Komplikationen wie eine Bauchfellentzündung und eine Sepsis sein. Die Operation muss revidiert, in einigen Fällen vorübergehend ein künstlicher Darmausgang angelegt werden. Zudem kann sich eine notwendige Chemotherapie verzögern.

Weniger Nahtlecks nach minimal-invasiven Eingriffen

Die Heilung von Darmanastomosen kann vermutlich durch eine hohe Kohlenstoffdioxidkonzentration im Bauchraum günstig beeinflusst werden. So zeigen erste Daten, dass vergleichsweise weniger Patienten, deren Darmoperation minimal-invasiv durchgeführt wird, Probleme mit einer Anastomosen-Insuffizienz haben. Bei ihnen wird der Bauchraum vor der Operation durch Kohlenstoffdioxidgas aufgebläht, um optimale Operationsbedingungen und Sichtverhältnisse herzustellen.

„Wir wollen verstehen, wie Kohlenstoffdioxid die Heilungsprozesse an der Darmanastomose beeinflusst“, sagt Dr. Strowitzki. Andere Faktoren für Anastomosen-Insuffizienz, zum Beispiel eine schlechte Durchblutung und Sauerstoffmangel, seien bereits gut erforscht und verstanden. So wurden 2019 zwei US-amerikanische und ein britischer Wissenschaftler für ihre bahnbrechenden allgemeinen Erkenntnisse zur Sauerstoffmessung in Körperzellen und deren Reaktionen auf Konzentrationsschwankungen mit dem Medizinnobelpreis ausgezeichnet. „Viel weniger ist bekannt, wie Körperzellen Kohlenstoffdioxidkonzentrationen messen und auf deren Änderung reagieren“, so Dr. Strowitzki.

Vor allem spezialisierte Immunzellen, sogenannte Makrophagen, könnten hier eine wichtige Rolle spielen. Sie sind extrem wandlungsfähig und können ihre Zellstrukturen auf eine spezifische Weise ausrichten, man spricht hier von einer Polarisierung der Zelle. Je nachdem wie die Makrophagen polarisiert sind, können sie die Heilungsprozesse in der Darmwand unterstützen oder hemmen. „Sowohl die Konzentration von Kohlenstoffdioxid als auch von Sauerstoff können die Makrophagen entsprechend polarisieren“, erklärt Dr. Strowitzki. „Mit Hilfe eines körpereigenen Enzyms kann diese Polarisierung der Zellen beeinflusst werden.“

Ein besseres Verständnis der Mechanismen für die Polarisierung der Immunzellen könnte eine Grundlage für die Entwicklung von Medikamenten sein, die eine Vorbeugung und Heilung von Darmanastomosen ermöglichen, vor allem bei schwer kranken Patientinnen und Patienten. In Gießen seien die Bedingungen für den erfolgreichen Aufbau seiner Nachwuchsgruppe exzellent, so Dr. Strowitzki. Daher hoffe er auch auf eine zügige Umsetzung der Forschungsergebnisse in die Praxis.

Dr. Dr. Moritz J. Strowitzki (36 Jahre) begann seine chirurgische Ausbildung 2014 in der Klinik für Allgemein-, Viszeral- und Transplantationschirurgie des Universitätsklinikums Heidelberg. Neben der chirurgischen Aus- und Weiterbildung forschte Dr. Strowitzki zur Wundheilung und Regeneration von Leber, Bauchfell und Darm. Im Fokus standen sauerstoffabhängige Signalwege auf zellulärer Ebene. Von 2018 bis 2022 untersuchte der Nachwuchsgruppenleiter im Rahmen eines DFG-geförderten Auslandsaufenthalts im Labor von Prof. Cormac Taylor am Conway Institute of Biomedical & Biomolecular Research in Dublin (Irland) die Auswirkungen erhöhter Kohlenstoffdioxidkonzentrationen auf Immunzellen und deren Funktion. 2022 begleitete er seinen wissenschaftlichen und klinischen Mentor Prof. Dr. Martin Schneider, der die Nachfolge von Prof. Dr. Winfried Padberg an der JLU angetreten hat, als Oberarzt nach Gießen.

Emmy Noether-Programm

Das Emmy Noether-Programm der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) eröffnet besonders qualifizierten Nachwuchswissenschaftlerinnen und Nachwuchswissenschaftlern die Möglichkeit, sich durch die eigenverantwortliche Leitung einer Nachwuchsgruppe für eine Hochschulprofessur zu qualifizieren. Es ist eines der zentralen Exzellenzprogramme für den wissenschaftlichen Nachwuchs. Benannt wurde das Programm nach der Mathematikerin Emmy Noether (1882-1935).