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AG Immuno-Imaging

Die Arbeitsgruppe Immuno-Imaging verfolgt in enger Zusammenarbeit mit der Klinischen Kooperationseinheit Neuroimmunologie und Hirntumorimmunologie (DKFZ, Leiter Prof. Platten, https://www.dkfz.de/de/neuroimmunologie/Immunoimaging-Team.html) das Ziel immunologische Vorgänge in Autoimmunität (Multiple Sklerose, MS) und Neuroonkologie (Hirntumoren) zu visualisieren. Dazu nutzen wir molekulares und zelluläres Imaging mittels Hochfeld-MRT und korrelierter optischer Bildgebung (Ultramikroskopie/Clearing, 2-Photonen Mikroskopie, Konfokalmikroskopie). Ziel ist es Immunzelldynamiken und deren Änderungen unter (Immun-) Therapien im neuroinflammatorischen Kontext zu visualisieren und zu quantifizieren. Dazu werden neue immuntherapeutische Verfahren (Checkpoint-Inhibition, Vakzine, Adoptiver T-Zell Transfer gegen Tumor-Neoepitope) in präklinischen Gliom-Modellen getestet, um Imagingmarker für adaptive und angeborene Immunzellreaktionen zu entwickeln. Das Immunzelltracking erfolgt dabei mittels Eisen-Nanopartikeln und multiparametrischer MRT.

Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf neuen Erkrankungsmodellen zur Darstellung von Tumorzellinfiltration und deren Korrelaten in MRT und optischer Bildgebung (Kooperation Prof. Winkler).

Zudem erfolgen klinische Studien in MS und Hirntumorpatienten, um präklinische Imaging Biomarker in die klinische Praxis zu überführen.

Ziel ist schlussendlich die Etablierung von Imaging-Biomarkern, die die Charakterisierung des entzündlichen Mikromilieus und so das Therapie-Monitoring von Immuntherapien ermöglichen. So sollen Marker entwickelt werden, die Therapie-Ansprechen vorhersagen und zur Therapie-Stratifizierung genutzt werden können.

Forschungsschwerpunkte

  • Molecular and cellular imaging
  • High field MRI (Bruker, 9.4 Tesla)
  • Optical Imaging
  • Iron oxide nanoparticles
  • Theranostics nanoparticles
  • Preclinical therapy development
  • Gliom-Modelle
  • Multiple Sklerose und Experimentelle Autoimmune Enzephalomyelitis)

Methoden

Es kommen neuartige MRT-Kontrastmittel (Eisenoxid-Nanopartikel) zum Einsatz, welche spezifisch von Immunzellen des Tumormikromilieus aufgenommen werden. Mit diesen Sensoren kann das Tumormikromilieu nicht invasiv charakterisiert werden. Korrelativ kommen optische Bildgebungsverfahren (2-Photonen Mikroskopie, Ultramikroskopie von geclearten Geweben, Konfokalmikroskopie, Immunhistochemie) sowie molekularbiologische und immunologische Techniken (FACS, RT-PCR etc.) zum Einsatz.

Unser Team

Leitung

Prof. Dr. Martin Bendszus

Ärztlicher Direktor (Neuroradiologie)


Dr. med. Dr. Michael Breckwoldt

MD / PhD


Team

Kianush Karimian Jazi

Assistenzarzt (Neuroradiologie)


Dr. med. Katharina Schregel

Assistenzärztin (Neuroradiologie)

Jessica Hunger, M.Sc.

Doktorandin (Neuroradiologie)

Philipp Münch, cand. med.

Doktorand (Neuroradiologie)

Kira Pfleiderer, cand. med.

Doktorandin (Neuroradiologie)

Artur Hahn

Doktorand (Neuroradiologie)

MSc (Doktorand Fakultät für Physik und Astronomie, Universität Heidelberg)


Manuel Fischer

Med.-techn. Radiologieassistent (MTRA) (Neuroradiologie)


Kooperationen

  • Klinische Kooperationseinheit Neuroimmunologie und Hirntumorimmunologie, DKFZ, Leiter Prof. Michael Platten)
  • Klinische Kooperationseinheit Neuroonkologie und Experimentelle Neuroonkologie (Prof. Wolfgang Wick, Prof. Frank Winkler)
  • AG Eisenstoffwechsel, Molekulare Medizin, Zentrum für Kinder- und Jugendmedizin (Prof. Dr. Martina Muckenthaler)
  • Center for System Biology, Massachusetts General Hospital / Harvard Medical School, Boston, USA  (Ralph Weissleder)
  • Institute for Innovation in Imaging, Department of Radiology, Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School (John W. Chen)
  • School of Biomedical Engineering, Drexel University (Christopher Rodell)

Förderungen

9/2019 – 8/2021      Memorial Stipendium, Else Kröner-Fresenius Stiftung

7/2019 – 6/2023      Projektleiter: “Imaging immune signatures of glioma response and resistance towards immunotherapy”  im SFB 1389 “Understanding

                                      and targeting resistance in glioblastoma”

1/2018                        Projektförderung: „Gd-MRT Kontrastmittel im Therapiemonitoring bei Multipler Sklerose“, Novartis

4/2017                        Einzelantrag, Else Kröner-Fresenius Stiftung

6/2016                        Graduiertenstipendium Novartis Stiftung

2015 – 2016              Physician-Scientist Fellowship, Medizinische Fakultät Heidelberg

2015 – 2016              Hoffmann-Klose Stiftung, „MRT von vaskulären und immunologischen Krankheitssignaturen in Neuroonkologie und

                                      Neuroinflammation“   

Auszeichnungen

9/2019                   Lucien Appel Award, European Society of Neuroradiology

10/2016                 Marc Dünzl Preis, Nachwuchspreis dt. Gesellschaft für Neuroradiologie

6/2016                   Best lecture award, ISMRM Workshop Molecular and Cellular MRI

2014                       Neurowind Nachwuchspreis für experimentelle Neurologie

2008                       Kurt-Decker Preis, Nachwuchspreis der dt. Gesellschaft für Neuroradiologie

Ausgewählte Publikationen

  1. K Karimian-Jazi, P Münch, A Alexander, M Fischer, K Pfleiderer, M Piechutta, MA Karreman, GM Solecki, AS Berghoff, M Friedrich, K Deumelandt, FT Kurz, W Wick, S Heiland, M Bendszus, F Winkler, M Platten and MO Breckwoldt#, Monitoring innate immune cell dynamics in the glioma microenvironment by correlated magnetic resonance imaging and multiphoton microscopy (MR-MPM), Theranostics, 2019, accepted (IF: 8.0), #corresponding author
  2. A Hahn, J Bode, T Krüwel, G Solecki, S Heiland, M Bendszus, Björn Tews, F Winkler, MO Breckwoldt and FT Kurz, Glioblastoma multiforme restructures the topological connectivity of cerebrovascular networks, Scientific Reports, 2019, 9:11757 (IF: 4.2)
  3. D Schwarz#, T Niederle, P Münch, M Platten, F Winkler, W Wick, JC Hassel, T Hielscher, HP Schlemmer, S Delorme, M Bendszus, P Bäumer and MO Breckwoldt#, Susceptibility weighted imaging in malignant melanoma brain metastasis, J Magn Reson. Imaging (2019), 16, e486. (IF 3.6), #corresponding author
  4. MO Breckwoldt*#, J Bode*, F Sahm, T Krüwel, G Solecki, A Hahn, P Wirthschaft, AS Berghoff, M Haas, V Venkataramani, A von Deimling, W Wick, C Herold-Mende, S Heiland, M Platten, M Bendszus, FT Kurz, F Winkler and B Tews#, Correlated MRI and ultramicroscopy (MR-UM) of brain tumors reveals vast heterogeneity of tumor infiltration and neoangiogenesis in preclinical models and human disease, Front Neurosc, (2019) 12, 28272. (IF 3.8),  *equal contribution; #corresponding author
  5. A Hoffmann, J Pfeil, AK Mueller, J Jin, K Deumelandt, X Helluy, C Wang, S Heiland, M Platten, JW Chen, M Bendszus, MO Breckwoldt, MRI of Iron Oxide Nanoparticles and Myeloperoxidase Activity Links Inflammation to Brain Edema in Experimental Cerebral Malaria, Radiology 181051 (IF 7.4), see also Editorial by S. Kiessling
  6. K Karimian-Jazi, B Wildemann, R Diem, D Schwarz, T Hielscher, W Wick, M Bendszus, MO Breckwoldt, Gd-contrast administration is dispensable in multiple sclerosis patients without new T2/FLAIR lesions on follow-up MRI, Neurol Neuroimmunol Neuroinflamm (2018). 5(5), e480. (IF 7.4)
  7. A Berberich, T Kessler, C Thomé, S Pusch, T Hielscher, F Sahm, I Oezen, LM Schmitt, S Ciprut, N Hucke, P Rübmann, M Fischer, D Lemke, MO Breckwoldt, A von Deimling, M Bendszus, M Platten, and W Wick Targeting resistance against the MDM2 inhibitor RG7388 in glioblastoma cells by the MEK inhibitor trametinib, Clinical Cancer Research (IF 10.2) Jan 1;25(1):253-265.
  8. L Bunse, S Pusch, T Bunse, F Sahm, K Sanghvi, M Friedrich, D Alansary, JK Sonner, E Green, K Deumelandt, M Kilian, C Neftel, S Uhlig, T Kessler, Avon Landenberg, AS Berghoff, K Marsh, M Steadman, D Zhu, B Nicolay, B Wiestler, MO Breckwoldt, R Al-Ali, S Karcher-Bausch, M Bozza, I Oezen, M Kramer, J Meyer, A Habel, J Eisel, G Poschet, M Weller, M Preusser, M Nadji-Ohl, Niklas Thon, MC Burger, PN Harter, M Ratliff, R Harbottle, A Benner, D Schrimpf, J Okun, C Herold-Mende, S Turcan, S Kaulfuss, H Hess-Stumpp, K Bieback, DP Cahill, KH Plate, D Hänggi, M Dorsch,  ML Suvà,  BA Niemeyer, A von Deimling, W Wick and Michael Platten, Suppression of antitumor T cell immunity by the oncometabolite R-2 hydroxyglutarate, Nature Medicine, 2018, 24(8), 1192–1203. (IF: 29,8)
  9. K Deike, D Thünemann, MO Breckwoldt, D Schwarz, A Radbruch A Enk, M Bendszus, JC Hassel, HP Schlemmer, P Bäumer, Sensitivity of different MRI Sequences in the Early Detection of melanoma Brain Metastases, PLoS one, 2018 Mar 29;13(3):e0193946 (IF 3,5)
  10. M Costa da Silva, MO Breckwoldt, MP Correia, A Stojanovic, CM Thielmann, M Meister, M Platten, T Muley, A Cerwenka, MU Muckenthaler, Iron Induces Anti-tumor Activity in Tumor-Associated Macrophages, Front Immunol, 2017, 8, 646. (IF: 6.4)
  11. MO Breckwoldt#, J Gradl, B Wildemann, R Diem, T Hielscher, M Platten, W Wick, S Heiland, S Hähnel, M Bendszus#, Large coverage axial spinal MRI detects significantly more lesions than standard sagittal imaging in Multiple Sclerosis patients – a prospective study in 134 patients,
    J Neurol, 2016, 264(2), 341–349. #corresponding author (IF: 3,6)
  12. K Kirschbaum, J Sonner, M Zeller, K Deumelandt, J Bode, R Sharma, T Kruewel, M Fischer, A Hoffmann, M Costa da Silva, MU Muckenthaler, W Wick, B Tews, JW Chen, S Heiland, M Bendszus, M Platten and MO Breckwoldt, In vivo nanoparticle imaging of innate immune cells can serve as a marker of disease severity in a mouse model of multiple sclerosis, PNAS, 2016 113(46), 13227–13232.  #corresponding author (IF: 9,7)
  13. MO Breckwoldt*♯, J Bode*, FT Kurz, A Hoffmann, K Ochs, M Ott, K Deumelandt, T Krüwel, D Schwarz, M Fischer, X Helluy, D Milford, K Kirschbaum, G Solecki, S Chiblak, A Abdollahi, F Winkler, W Wick, M Platten, S Heiland, M Bendszus and B Tews Correlated MR imaging and ultramicroscopy (MR-UM) is a tool kit to assess the dynamics of glioma angiogenesis, eLIFE, 2015; 5:e11712, (IF: 9,8) *equal contribution,#corresponding author
  14. MO Breckwoldt#, C Stock, A Xia, A Heckel, M Bendszus, M Pham, S Heiland and P Bäumer Diffusion Tensor Imaging adds diagnostic accuracy in magnetic resonance neurography, Investigative Radiology, 2015 Aug;50(8):498-504 (IF: 4,8), #corresponding author
  15. Breckwoldt MO, Pfister F, Bradley, PM, Marinković P, Williams PR, Brill MS, Plomer B, Schmalz, A, St. Clair DK, Naumann R, Griesbeck O, Schwarzländer M, Godinho L, Bareyre FM, Dick TP, Kerschensteiner M* and Misgeld T*, Muti-parametric optical analysis of redox signals during neuronal physiology and pathology in vivo. Nature Medicine, 2014 May;20(5):555-60 (IF: 27,3)
  16. MO Breckwoldt*, JW Chen*, L Stangenberg, E Aikawa, E Rodriguez, S Qiu, M Moskowitz, R Weissleder, Tracking the inflammatory response in stroke in vivo by sensing the enzyme myeloperoxidase, PNAS, 2008 Nov 25;105(47):18584-9. *equal contribution (IF: 9,7)
  17. JW Chen, MO Breckwoldt, E Aikawa, G Chiang, R Weissleder, Myeloperoxidase-targeted imaging of active inflammatory lesions in murine experimental autoimmune encephalomyelitis. BRAIN. 2008 Apr;131(Pt 4):1123-33 (IF: 9,9)