Prof. Dr. Christian Hiepen

Fachgebiet

• molekulare Zellbiologie
• Regenerative Therapien und Biomedizin <o:p>

Haupt- und Unterschlagworte

• Biochemie der Signaltransduktion
• Humane Stammzellen

         - induzierte pluripotente Stammzellen 

           (iPSC)

• Gefäßbiologie

         - kardiovaskuläre Erkrankungen

         - seltene genetische Erkrankungen

• zelluläre Biomechanik

         - BMP & TGFbeta Signaltransduktion

         - zelluläre Matrixbiologie

         - Zellmigration und Adhäsion

• Tierversuchsersatzsysteme (3R)

        - Organoide

        - Spheroide

        - mikrofluide Systeme

        - Lab-on-Chip

• Konfokal- und Superresolutions- Mikroskopie

Institute

Westfälisches Institut für Gesundheit

Informationen zur Forschung

In meiner Arbeitsgruppe untersuchen wir die molekularen Wechselwirkungen von Zellen untereinander und mit ihrer Umgebung im Kontext der Gewebehomöostase und bei der Entstehung von Krankheiten. Uns interessiert vor allem der Einfluss erblicher bedingter genetischer Mutationen auf komplexe zelluläre Signalvorgänge, die die zelluläre Biomechanik verändern. Im Fokus stehen hier Erkrankungen des kardiovaskulären System (sog. CVDs), der Todesursache Nummer 1 weltweit. Eine sehr häufig vorkommende CVD ist z.B. die Arteriosklerose, die zur koronaren Herzkrankheit/ Herzinfarkt oder zum Schlaganfall führen kann.

Wir untersuchen jedoch auch CVDs mit bisher wenig erforschten Pathomechanismen, die sog. „rare diseases“. Hier fehlt es häufig an Grundlagenwissen zu deren Entstehung und es fehlt an Modellen zur Findung neuer wirksamer Medikamente. Dazu gehört u.a. die pulmonale arterielle Hypertonie (PAH) sowie die hereditäre hämorrhagische Teleangiektasie (HHT).

F&E kurzgefasst

Ein besonderer Fokus liegt auf der Entwicklung von komplexen 3-dimensionalen Zellkulturmodellen, den sog. Organoiden, um diese Krankheiten besser zu erforschen und neue Medikamente zu finden. Organoide werden abgeleitet von induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSCs), mit denen wir viele Gewebe des menschlichen Körpers im Labor nachbilden und die wichtigsten Funktionen näherungsweise nachahmen können. Manche dieser sog. Tierversuchsersatzmodelle benötigen eine Kombination aus Zellkulturtechnologie und Ingenieurswesen, deshalb wird bei uns im Labor auch manchmal geschraubt, geklebt oder 3D-gedruckt. Viele unserer Experimente werden durch molekular-biologische und biochemische Verfahren ausgewertet, dazu gehören die Sequenzierung, die qRT-PCR, der Western-Blot, die Immun- Zytochemie und v.a. bildgebende Verfahren wie die Weitfeld-Fluoreszenzmikroskopie, die Lebendzell(video)mikroskopie und die Konfokalmikroskopie. Wir nutzen jedoch auch Methoden aus dem Spektrum der Materialforschung, wie der Nanoindentierung und sog. Biosensoroberflächen, die wir z.B. mit Hilfe von Hydrogelen bauen. Viele unserer Methoden benötigen eine Modellierung oder eine IT-gestützte Datenauswertung, manchmal sogar die Programmierung eines neuen Algorithmus zur Auswertung spezieller Merkmale der Zellen oder Sensoren aus unseren mikroskopischen Analysen.

Daher sind bei uns v.a. mitwirkende Studierende willkommen, die sich für fachübergreifende Mitarbeiten interessieren und verschiedene ineinandergreifende Methoden aus der Biochemie, der Physik & Optik, dem Ingenieurswesen und der Bioinformatik erlernen wollen. 

Literaturverzeichnis

Puplizierte 'Peer-Reviewed' Artikel:

- Endothelial tip-cell position, filopodia formation and biomechanics require BMPR2 expression and signaling Hiepen C***, Benamar M, Barrasa-Fano J, Cóndo M, Ilhan M, Münch J, Hastar N, Kerkhoff Y, Harms G, Mielke T, König B, Block B, Rocks O, Seyfried S, van Oosterwyk H, Knaus P; DOI: 10.1038/s42003-024-07431-8

- A Standardized Nomenclature Design for Systematic Referencing and Identification of Animal Cellular Material. Animals (Basel). 2024 L Schrade L, N Mah, A Bandrowski, Y Chen, J Dewender, S Diecke, C Hiepen, MA Lancaster, T Marques-Bonet, S Martinez, SC Mueller, C Navara, A Prigione, S Seltmann, J Sochacki, MA Sutcliffe, V Zywitza, TB Hildebrandt, A Kurtz. doi: 10.3390/ani14111541

- Human iPSCs as Model Systems for BMP-Related Rare Diseases Sánchez-Duffhues G, Hiepen C***; Cells 2023 DOI: 10.3390/cells12172200

- Atheroprone fluid shear stress regulated ALK1-Endoglin-SMAD signaling originates from early endosomes Mendez P.L., Obendorf L., Jatzlau J, Burdzinski W, Reichenbach M, Stangl V, Hiepen C** and Knaus P; BMC Biology 2022 DOI: 10.3390/cells12172200

- Organoids as Miniature Twins—Challenges for Comparability and Need for Data Standardization and Access. Fuhr, A.; Kurtz, A.; Hiepen, C.*** and Müller, S. Organoids 2022, 1, 28-36. doi.org/10.3390/organoids1010003

- Optimized expression and purification of a soluble BMP2 variant based on in-silico design. Heinks T, Hettwer A, Hiepen C, Weise C, Gorka M, Knaus P, Mueller TD, Loidl-Stahlhofen A.; Protein Expr Purif. 2021 May 24:105918. doi: 10.1016/j.pep.2021.105918.

- It Takes Two to Tango: Endothelial TGFβ/BMP Signaling Crosstalk with Mechanobiology. Hiepen C, Mendez PL, Knaus P.; Cells. 2020 Aug 26;9(9):1965. Biomechanical stress provides a second hit in the establishment of BMP/TGFβ-related vascular disorders. Hiepen C, Jatzlau J, Knaus P.; Cell Stress. 2020 Jan 20;4(2):44-47. doi: 10.15698/cst2020.02.213.

- BMPR2 acts as a gatekeeper to protect endothelial cells from increased TGFβ responses and altered cell mechanics. Hiepen C*, Jatzlau J, Hildebrandt S, Kampfrath B, Goktas M, Murgai A, Cuellar Camacho JL, Haag R, Ruppert C, Sengle G, Cavalcanti-Adam EA, Blank KG, Knaus P.; PLoS Biol. 2019 Dec 11;17(12):e3000557. doi: 10.1371/journal.pbio.3000557.

- Bone morphogenetic protein signaling in bone homeostasis. Sánchez-Duffhues G, Hiepen C, Knaus P, Ten Dijke P. Bone. 2015 Nov;80:43-59. doi: 10.1016/j.bone.2015.05.025. Enhanced biological activity of BMP-2 bound to surface-grafted heparan sulfate. Migliorini, E.; Horn, P.; Haraszti, T.; Wegner, S.; Hiepen, C.; Knaus, P.; Richter, R. P.; Cavalcanti-Adam, E. A.; Advanced Biosystems 4 (1), 1600041, pp. 1 - 7 (2017)

- Emerging regulators of BMP bioavailability. Sánchez-Duffhues G, Hiepen C, Knaus P, Ten Dijke P. Bone. 2016 Dec;93:220-221. doi: 10.1016/j.bone.2016.01.022.

- BMP growth factor signaling in a biomechanical context. Kopf J, Paarmann P, Hiepen C, Horbelt D, Knaus P. Biofactors. 2014 Mar-Apr;40(2):171-87. doi: 10.1002/biof.1137.

- Role of bone morphogenetic proteins in sprouting angiogenesis: differential BMP receptor-dependent signaling pathways balance stalk vs. tip cell competence. Benn A, Hiepen C, Osterland M, Schütte C, Zwijsen A, Knaus P. FASEB J. 2017 Nov;31(11):4720-4733. doi: 10.1096/fj.201700193RR.

- Recent advances in BMP receptor signaling. Sieber C, Kopf J, Hiepen C, Knaus P.; Cytokine Growth Factor Rev. 2009 Oct-Dec;20(5-6):343-55. doi: 10.1016/j.cytogfr.2009.10.007.

- Actions from head to toe: An update on Bone/Body Morphogenetic Proteins in health and disease. Hiepen C, Yadin D, Rikeit P, Dörpholz G, Knaus P. Cytokine Growth Factor Rev. 2016 Feb;27:1-11. doi: 0.1016/j.cytogfr.2015.12.006.

- The Role of Titanium Surface Nanostructuring on Preosteoblast Morphology, Adhesion, and Migration. Hiepen C*, Zhukova Y, Knaus P, Osterland M, Prohaska S, Dunlop JWC, Fratzl P, Skorb EV.; Adv Healthc Mater. 2017 Aug;6(15). doi: 10.1002/adhm.201601244. Epub 2017 Mar 30.

- Nanoscale control of surface immobilized BMP-2: toward a quantitative assessment of BMP-mediated signaling events. Schwab EH, Pohl TL, Haraszti T, Schwaerzer GK, Hiepen C, Spatz JP, Knaus P, Cavalcanti-Adam EA.; Nano Lett. 2015 Mar 11;15(3):1526-34. doi: 10.1021/acs.nanolett.5b00315. Epub 2015 Feb 12.

- BMP2-induced chemotaxis requires PI3K p55γ/p110α-dependent phosphatidylinositol (3,4,5)-triphosphate production and LL5β recruitment at the cytocortex. Hiepen C, Benn A, Denkis A, Lukonin I, Weise C, Boergermann JH, Knaus P. BMC Biol. 2014 May 30;12:43. doi: 10.1186/1741-7007-12-43.

- BMPs are mediators in tissue crosstalk of the regenerating musculoskeletal system. Hiepen C*, Ruschke K, Becker J, Knaus P. Cell Tissue Res. 2012 Mar;347(3):521-44. doi: 10.1007/s00441-011-1283-6.

- New insights into the molecular mechanism of multiple synostoses syndrome (SYNS): mutation within the GDF5 knuckle epitope causes noggin-resistance.; Schwaerzer GK, Hiepen C, Schrewe H, Nickel J, Ploeger F, Sebald W, Mueller T, Knaus P.; J Bone Miner Res. 2012 Feb;27(2):429-42. doi: 10.1002/jbmr.532.

*geteilte Erstautorenschaft; ** geteilte Letztautorenschaft;

*** korrespondierender Autor