Damit wurde er zugleich designierter Präsident der ältesten wissenschaftlichen Gesellschaft Deutschlands. Der Mediziner ist seit April 2016 Vorstandsvorsitzender und wissenschaftlicher Vorstand des Max-Delbrück-Centrums für molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft. Außerdem gehört er zum Vorstand des Berliner Instituts für Gesundheitsforschung. Ziel seiner Arbeit für die GDNÄ sind die Intensivierung des Dialogs mit der Öffentlichkeit und die weitere Stärkung des fachlichen persönlichen Austauschs zwischen Ärzten und Naturforschern – die Grundidee der GDNÄ, die vor 200 Jahren zur Gründung der Gesellschaft führte.

In seiner wissenschaftlichen Arbeit erforscht der Experte für Herz-Kreislauf-Erkrankungen die Mechanismen der zellulären Signalverarbeitung und Arzneimittelwirkungen an Rezeptoren. Dafür wurde er bereits mehrfach ausgezeichnet, unter anderem mit dem Leibniz-Preis der Deutschen Forschungsgemeinschaft. Von 2003 bis 2008 gehörte Martin Lohse zum Nationalen Ethikrat. Außerdem gründete er drei Biotech-Unternehmen  – im Jahr 2000 die ProCorde GmbH, 2007 die CorImmun GmbH und 2012 die advanceCOR GmbH.

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