AG 4 Steingruber

Zelluläre und molekulare Muskelforschung

Projekte

Uns interessieren die zellulären und molekularen Interaktionen der Skelettmuskulatur mit den anderen Organen des menschlichen Körpers, insbesondere mit dem Gehirn, der Leber, der Lunge und dem Fettgewebe. Im Rahmen umwelt- und krankheitsbedingter Anpassungen möchten wir vor allem die Plastizität hinsichtlich der nervalen Innervation und Blutversorgung der Skelettmuskulatur untersuchen. Darüber hinaus wird die Regeneration des Skelettmuskelgewebes von Myoblasten initiiert, die sich unter der Basalmembran befinden und Stammzellcharakter haben, die sogenannten Satellitenzellen. Wir erforschen unter anderem den Einfluss der vegetativen Innervation und humoraler Faktoren auf die Anpassungs- und Umbauprozesse des Skelettmuskelgewebes, das Differenzierungsverhalten von Satellitenzellen sowie die Erhaltung der Stammzellcharakteristika unter (patho-)physiologischen Bedingungen. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeitsgruppe befasst sich mit der makroskopischen Untersuchung von Muskelgruppen. Veränderungen in der Biomechanik des Skeletts, zum Beispiel nach Knochenbrüchen, beeinflussen unter anderem die funktionelle Anatomie und den Wirkungsgrad des Bewegungsapparats. Durch die Verwendung von 3D-Modellierungen und -Simulationen möchten wir detaillierte Studien über die Wechselwirkungen zwischen Muskeln und Knochen sowie Bewegungsprozesse mit funktionell wirksamen Teilkörpern durchführen, um pathophysiologische Veränderungen besser zu verstehen. Ziel ist es, dass auf dieser Grundlage prä- und postoperative Behandlungen individueller gestaltet und optimiert werden können.

Metabolisches Syndrom

Mangelnde körperliche Aktivität, gepaart mit einer hochkalorischen Energiezufuhr führen mittel- bis langfristig zu krankhaftem Übergewicht (Adipositas). Hierdurch wird die Entstehung von Stoffwechselstörungen wie Diabetes Typ 2 stark begünstigt. Darüber hinaus können unbehandelte Autoimmunerkrankungen wie Diabetes Typ 1 ebenfalls zu dauerhaften Stoffwechselstörungen führen. Neben der Leber und dem Fettgewebe ist der Skelettmuskel eines der bedeutendsten Stoffwechselorgane des Körpers. Daher ist die Erforschung der mittel- und langfristigen Folgen von Stoffwechselstörungen auf die regenerative und funktionelle Kapazität der Skelettmuskulatur und ihrer Stammzellen aus unserer Sicht von großer Bedeutung. Wir analysieren degenerative und adaptive Prozesse in primären Satellitenzellkulturen. Neben vertiefenden in vitro Untersuchungen werden Muskelgewebeproben im erhaltenen histologischen Zusammenhang mittels Immunhistochemie analysiert. Die gewonnenen Erkenntnisse über die Auswirkungen metabolischer Dysfunktionen auf die regenerative Kapazität der Skelettmuskulatur sollen Einsicht in zelluläre Anpassungs- und Alterungsprozesse geben und neue Behandlungsmöglichkeiten für systemische Stoffwechselerkrankungen, ausgehend von metabolisch aktiven Organen wie der Skelettmuskulatur, aufzeigen.

Vaskularisierung und Plastizität

Etwa 40% des Körpergewichts entfallen auf die Skelettmuskulatur. Dank einer effizienten Durchblutung kann die Skelettmuskulatur als ein wirkungsvolles Stoffwechselorgan fungieren. Im Verlauf verschiedener Stoffwechselerkrankungen, Muskelverletzungen und zellulären Alterungsprozessen der Myozyten kommt es zu Veränderungen der Homöostase und zu Re- und Degenerationsprozessen innerhalb der Skelettmuskulatur. Daher möchten wir plastische Veränderungen versorgender Blutgefäße und peripherer Nerven vor dem Hintergrund verschiedener Erkrankungen histologisch genauer untersuchen. Ein vertieftes Verständnis der intramuskulären und interstrukturellen Zellveränderungen im (patho-)physiologischen Kontext ermöglicht eine genauere Bestimmung der Wechselwirkungen zwischen zentralem Nervensystem, humoralen Faktoren, physiologischer Aktivität und dem Skelettmuskelgewebe.

Funktionelle Anatomie und Biomechanik von Muskelgruppen

Der Bewegungsapparat besteht aus einem knöchernen Teil mit gelenkigen Verbindungen sowie aus Band- und Muskelstrukturen. Die funktionelle Wirksamkeit von Muskelgruppen wird durch definierte Zugrichtungen mittels Kraftvektoren beschrieben und durch Parameter wie Muskelvolumen, Maximalkraft und Fiederungswinkel beeinflusst. Eine Instabilität im knöchernen Gerüst verändert maßgeblich die Hebelwirkung und Zugrichtung von Muskelgruppen, da diese im Ursprung und Ansatz sehnig mit den Knochen verbunden sind. Ursache und Folge von dysfunktionaler Biomechanik sind sowohl prä- als auch postoperativ im Behandlungsansatz der muskuloskelettalen Chirurgie von zentraler Bedeutung. Ein Schwerpunkt in diesem Themenbereich unserer Forschungsgruppe liegt auf der Modellierung und Simulation eines zuverlässigen Teilkörpermodells des Thorax unter Berücksichtigung funktionell relevanter Muskelgruppen, bandhafter Strukturen und Organe wie der Lunge. Durch den Einsatz physikalischer und mathematischer Methoden sollen mechanische Interaktionen sowie Bewegungsfreiheitsgrade und Kraftvektoren einzelner Strukturen detailliert erforscht und in einem ganzheitlichen Modellansatz integriert werden. Ziel des Projekts ist unter anderem die Optimierung der präoperativen Planung bei Rippenfrakturen, ein individualisierter Behandlungsansatz für multiple Frakturen und eine verbesserte Bewertung von Risikofaktoren.

Kooperationen

Universitätsklinikum Augsburg: Bruno Märkl, Stephan Raab

Universität Augsburg: Kerstin Stemmer, Christian Weißenfels, Stefania Petra

Universität Stuttgart: Maria Hammer

Forschungsförderung

Intramurale Forschungsförderung

" Meta S3 - Auswirkungen metabolischer Erkrankungen auf das Seneszenzverhalten von Satellitenzellen der Skelettmuskulatur" - Förderung 2023 und 2024

Weitere

Corona-Landesförderung des Landes Bayern: "Damadys - Auswirkungen metabolischer Erkrankungen auf das Seneszenzverhalten von Satellitenzellen der Skelettmuskulatur" - Förderung 2023

Publikationen Dr. Laura Steingruber/ehem. Rihani

2023 | 2021 | 2020

2023

Steingruber Laura, Krabichler Florian, Franzmeier Sophie, Wu Wei, Schlegel Jürgen, Koch Marco. ALDH1A1 and ALDH1A3 paralogues of aldehyde dehydrogenase 1 control myogenic differentiation of skeletal muscle satellite cells by retinoic acid-dependent and -independent mechanisms. Cell and Tissue Research 2023;394:515-528. https://doi.org/10.1007/s00441-023-03838-7
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2021

Rihani Laura, Liesche-Starnecker Friederike, Schlegel Jürgen. Human skeletal muscle satellite cells co-express aldehyde dehydrogenase isoforms Aldh1A1 and Aldh1A3. Journal of Cytology & Histology 2021;12(4):568.
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2020

Rosenstiel Charlotte von, Wiestler Benedikt, Haller Bernhard, Schmidt-Graf Friederike, Gempt Jens, Bettstetter Marcus, Rihani Laura, Wu Wei, Meyer Bernhard, Schlegel Jürgen, Liesche-Starnecker Friederike. Correlation of the quantitative level of MGMT promoter methylation and overall survival in primary diagnosed glioblastomas using the quantitative MethyQESD method. Journal of Clinical Pathology 2020;73(2):112-115. https://doi.org/10.1136/jclinpath-2019-206104
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Anatomie und Zellbiologie