Landeshauptstadt würdigt herausragende wissenschaftliche Arbeiten

Am Sonnabend, 27. April 2024, würdigte Oberbürgermeister Dirk Hilbert zum siebenten Mal vier Absolventinnen und Absolventen der Dresdner Hochschulen mit dem renommierten DRESDEN EXCELLENCE AWARD für ihre hervorragenden wissenschaftlichen Abschlussarbeiten. Diese Arbeiten vereint nicht nur ihre Exzellenz, sondern sie bieten auch innovative Lösungsansätze für bedeutende Herausforderungen, die sowohl für die Wissenschaft als auch für die Zukunft unserer Gesellschaft relevant sind. 

Von choreografischen Untersuchungen bis hin zu ganz neuen Diagnosemöglichkeiten bei Tumorerkrankungen spannt sich das Spektrum der diesjährigen Arbeiten, die alle die Stärke der Stadt Dresden als exzellenter Wissenschafts-, Forschungs-, Kultur- und Kreativstandort widerspiegeln.

Jack Rexhausen: „AnnA“, Palucca Hochschule für Tanz Dresden 

Exzellente Bachelorarbeit – 3.000 Euro

„Meine Bachelorarbeit mit dem Titel ‚AnnA‘ ist eine choreografische Untersuchung von Trauer und Verlust, die sich auf die Folgen des Verlusts eines geliebten Menschen und die einzigartige Perspektive des umgekehrten Zeitflusses konzentriert. Ich zeige zwei Charaktere, X und Anna, die das Publikum auf eine halluzinatorische Reise durch verzerrte Erinnerungen mitnehmen. Das Stück taucht in die universelle Erfahrung der Trauer ein, jedoch durch eine neue Perspektive. Mit dem Gedanken, dass man nach einem Verlust die Zeit zurückdrehen will, spielt meine Choreografie mit unserer Wahrnehmung der Zeit und setzt einen besonderen Schwerpunkt auf die Erkundung von invertierten Bewegungsmustern. Mein Stück spricht jedoch nicht nur durch die Choreografie. Ich sehe es weniger als ein Tanzstück und mehr wie ein Gesamtkunstwerk. Musik, Kostüme und gesprochene Wörter spielen eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der Erzählung.“

Marie Hoyer: „Tissue mechanics during spinal cord regeneration in zebrafish larvae“, Center for Molecular and Cellular Bioengineering (CMCB) an der Technischen Universität Dresden.

Exzellente Master- oder Diplomarbeit – 6.000 Euro

„Zebrafische verfügen über die bemerkenswerte Fähigkeit, eine Vielzahl komplexer Körperteile zu regenerieren, darunter auch ihr Zentralnervensystem (ZNS).  Historisch gesehen wurden die zugrundeliegenden zellulären Mechanismen hauptsächlich auf biochemischer Basis untersucht, da bekannt ist, dass Zellen auf eine Vielzahl biochemischer Signale reagieren. Es gibt jedoch zunehmend Hinweise darauf, dass Zellen auch auf mechanische Signale reagieren. Dies hat das Interesse geweckt, zu verstehen, wie mechanische Eigenschaften bei der Steuerung des Zellverhaltens und der Morphologie während der Rückenmarksregeneration und umgekehrt eine Rolle spielen können. Die Kraftdynamik, die während der Regeneration des Rückenmarks auftreten kann, ist derzeit jedoch unbekannt.

Aufbauend auf der Arbeit von Campàs und Kollegen, die mikroinjizierte fluoreszierende Öltröpfchen als Kraftwandler zur Quantifizierung von Kräften in vivo einführten, habe ich diese Methode erfolgreich für den Einsatz im Rückenmarksverletzungsmodell von Zebrafischlarven adaptiert. Dieser innovative Ansatz ermöglicht es uns, Kräfte in vivo quantitativ zu messen und eröffnet so neue Möglichkeiten zur Erforschung der mechanischen Aspekte der Regeneration.

Darüber hinaus haben wir die Immunantwort analysiert, die durch das Einbringen des fremden Öltröpfchens in das Gewebe ausgelöst wird, was auf eine minimale Immunreaktion hinweist, was darauf hindeutet, dass diese Methode in der Umgebung des Rückenmarks gut vertragen wird. Um die Zuverlässigkeit der Methode sicherzustellen, wurden umfangreiche Optimierungsprozesse durchgeführt, um Probleme im Zusammenhang mit der Schrumpfung von Öltröpfchen im Laufe der Zeit zu beheben. Diese Forschung ebnet den Weg für zukünftige Studien, die darauf abzielen, die mechanischen Faktoren zu entschlüsseln, die die Regeneration des Rückenmarks beeinflussen, und letztendlich unser Verständnis des Regenerationsprozesses zu verbessern.“

Dr. Lukas Theo Schmitt: „Prediction of designer-recombinases for DNA editing with generative deep learning“, Medizinische Fakultät Carl Gustav Carus der Technischen Universität Dresden.

Exzellente Promotion – 9.000 Euro

Ortsspezifische Rekombinasen vom Tyrosin-Typ sind wirksame Werkzeuge für das Genom-Engineering, und die ersten konstruierten Varianten haben therapeutisches Potenzial gezeigt. Bisher wurde die Anpassung an eine neue DNA-Zielstellenselektivität von Designer-Rekombinasen hauptsächlich durch iterative Zyklen der gerichteten molekularen Evolution erreicht. Die Methoden der gerichteten molekularen Evolution sind zwar effektiv, aber mühsam und zeitaufwendig. Um die Entwicklung von Designer-Rekombinasen zu beschleunigen, habe ich zwei Sequenzierungsansätze evaluiert und die Sequenzinformationen von über zwei Millionen Cre-ähnlichen Rekombinase-Sequenzen gesammelt, die für 89 verschiedene Zielstellen entwickelt wurden. Mit diesen Informationen untersuchte ich zunächst die Sequenzzusammensetzung und die Veränderungen der Reste der Rekombinasen, um die Selektivität ihrer Zielorte besser zu verstehen. Die Komplexität der Daten führte mich zu einem generativen Deep-Learning-Ansatz. Anhand der Sequenzdaten trainierte ich einen bedingten Variations-Autoencoder namens RecGen (Recombinase Generator), der in der Lage ist, neue Rekombinasen für eine bestimmte Zielstelle zu generieren. Durch rechnerische Auswertung der Sequenzen konnte ich zeigen, dass bekannte Rekombinasen, die an der gewünschten Zielstelle funktionieren, den von RecGen vorhergesagten Rekombinasen im Allgemeinen ähnlicher sind als andere Rekombinasenbibliotheken. 
Außerdem konnte ich experimentell zeigen, dass vorhergesagte Rekombinasen für bekannte Zielstellen mindestens so aktiv sind wie die entwickelten Rekombinasen. Schließlich konnte ich auch experimentell zeigen, dass vier von zehn Rekombinasen, die für neue Zielorte vorhergesagt wurden, in der Lage sind, ihre jeweiligen Zielorte auszuschneiden. Als Bonus zu RecGen habe ich auch eine neue Methode entwickelt, die eine genaue Sequenzierung von Rekombinasen mit Nanoporen-Sequenzierung ermöglicht und gleichzeitig DNA-Editing-Ereignisse zählt. Die Daten dieser Methode sollten die nächste Entwicklungsstufe von RecGen ermöglichen.

PD Dr. med. Christina Pamporaki: „Multidimensional diagnostics to facilitate diagnosis and stratification of patients with pheochromocytoma and paraganglioma“, Medizinische Fakultät Carl Gustav Carus der Technischen Universität Dresden. 

Exzellente Habilitation – 12.000 Euro

„Phäochromozytome/Paragangliome (PPGL) sind seltene, aber gefährliche neuroendokrine Tumore. Daher ist die Früherkennung von größter Bedeutung, um Morbidität und Mortalität zu reduzieren. Bei Patienten mit Verdacht auf PPGL ist die biochemische Untersuchung von Metanephrinen (MNs) im Plasma oder Urin der Screening-Test der Wahl. In der ersten Studie dieser Dissertation haben wir festgestellt, dass plasmafreie MNs im Vergleich zu den bis dahin routinemäßig verwendeten dekonjugierten Metaboliten einen überlegenen diagnostischen Test darstellen. Unsere Ergebnisse können durch die Tatsache erklärt werden, dass freie MNs hauptsächlich in chromaffinen Zellen gebildet werden, wohingegen sulfatkonjugierte Metaboliten im Magen-Darm-Trakt gebildet werden und daher für chromaffine Zellen weniger spezifisch sind als freie Metaboliten. Neben der richtigen Wahl des biochemischen Tests kann die Berücksichtigung präanalytischer Vorsichtsmaßnahmen weitere falsch positive Testergebnisse minimieren. 
Tatsächlich haben wir festgestellt, dass die Konzentrationen von Plasma-Normetanephrin im Winter höher sind als im Sommer, was höchstwahrscheinlich auf einen durch Kälte verursachten Anstieg des sympathischen Abflusses und die mit der Vasokonstriktion verbundenen Veränderungen der Noradrenalinfreisetzung und des Blutflusses im Unterarm zurückzuführen ist. Bei Patienten mit chronischer Nierenerkrankung (CKD) werden hohe Raten falsch positiver Ergebnisse für Plasma-MNs gemeldet, was die Notwendigkeit der Festlegung CKD-spezifischer oberer Grenzwerte unterstreicht. 

In diesem Sinne haben wir eine internationale DIAMETS-Studie konzipiert und CKD-spezifische Referenzintervalle etabliert. Mit den CKD-spezifischen oberen Grenzwerten erwarten wir einen Rückgang der falsch positiven Ergebnisse von 7,6 % auf 5 % bei Patienten mit CKD-Stadium III und von 21,9 % auf 4,1 % bei Patienten mit CKD-Stadium IV/HD. Für Hämodialysepatienten (HD) haben wir festgelegt, dass gegen Ende der HD Blut aus dem Shunt entnommen werden sollte, und haben optimale HD-spezifische obere Grenzwerte für Plasma-MNs bereitgestellt. Sobald die Diagnose einer PPGL bestätigt ist, sollten Ärzte individuelle Strategien für das Patientenmanagement planen. Um diesen Prozess zu erleichtern, untersuchten wir die Unterschiede in den Genommustern von Patienten mit pädiatrischer PPGL im Vergleich zu Erwachsenen und deren möglichen Zusammenhang mit spezifischen phänotypischen Merkmalen.

Hereditäre PPGL gehören zu zwei Hauptclustergruppen. Gruppe 1 ist durch pathogene Varianten (PV) von Genen gekennzeichnet, die Pseudohypoxie-Signalwege aktivieren, und Gruppe 2 von Genen, die Kinase-Signalwege beeinflussen. In dieser Arbeit haben wir festgestellt, dass Kinder mit PPGL im Vergleich zu Erwachsenen häufiger noradrenerge Tumoren aufweisen. Dieser Befund spiegelt wahrscheinlich die höhere Prävalenz von Cluster-1-PVs bei Kindern als bei Erwachsenen wider.

Wichtig ist, dass wir gezeigt haben, dass Kinder im Vergleich zu Erwachsenen häufiger extraadrenale, multifokale PPGLs und eine höhere Prävalenz rezidivierender/metastasierender Erkrankungen aufweisen. Diese Ergebnisse können durch die Tatsache erklärt werden, dass Cluster-1-PPGLs mit Pseudohypoxie-Signalwegen assoziiert sind, weniger differenziert sind und keine Adrenalinproduktion aufweisen. Wichtig ist, dass Pseudohypoxie-Signalwege bekanntermaßen die Invasionsmetastasenkaskade vorantreiben, was die höhere Prävalenz von Metastasen bei Patienten mit Cluster-1-PPGL erklärt.

Um die individuelle Behandlung von Patienten mit metastasiertem PPGL weiter zu erleichtern, haben wir anhand von Daten von 669 Patienten mit PPGL Prädiktoren für ein schlechtes Überleben erstellt. Eines der wichtigsten Ergebnisse war, dass hohe Methoxytyraminspiegel, das Vorhandensein synchroner Metastasen und eine hohe Tumorlast unabhängige Prädiktoren für ein schlechtes Überleben bei Patienten mit metastasiertem PPGL waren. Daher können Patienten mit solchen Merkmalen von intensivierten Behandlungs- und Nachsorgeprogrammen profitieren.

Zusammenfassend haben wir festgestellt, dass geeignete biochemische Tests, die Berücksichtigung präanalytischer Vorsichtsmaßnahmen und die Festlegung geeigneter Referenzintervalle die diagnostischen Verfahren bei Patienten mit PPGL verbessern können. Darüber hinaus kann die Berücksichtigung der unterschiedlichen Merkmale zwischen pädiatrischen und erwachsenen Patienten mit PPGL sowie von Merkmalen im Zusammenhang mit schlechter Überlebensrate eine individuelle Stratifizierung und Behandlung von Patienten mit PPGL erleichtern.“