Gemeinsame Erklärung der Präsidentin der Deutschen Forschungsgemeinschaft und der Präsidenten von Fraunhofer-Gesellschaft, Helmholtz-Gemeinschaft, Leibniz-Gemeinschaft, Max-Planck-Gesellschaft und Nationaler Akademie der Wissenschaften Leopoldina
Seit einigen Wochen ist ein dramatischer Anstieg der Coronavirus-Infektionen in Europa zu verzeichnen, der inzwischen auch Deutschland erreicht hat. Dieser ist wegen der hohen Fallzahlen an vielen Orten nicht mehr kontrollierbar und kann eine beträchtliche Zahl von Behandlungsbedürftigen in den Krankenhäusern und einen deutlichen Anstieg der Sterbezahlen in Deutschland zur Folge haben. Um dies noch zu verhindern, fordern die Präsidentin und die Präsidenten von sechs Wissenschaftsorganisationen klare Entscheidungen, die schnell umgesetzt werden. Aktuell könne die Ausbreitung des Virus in vielen Regionen von den Gesundheitsämtern aus Kapazitätsgründen nicht mehr adäquat nachverfolgt werden. Um diese Nachverfolgung wieder zu ermöglichen, müssten Kontakte, die potentiell zu einer Infektion führen, systematisch reduziert werden. Je früher und konsequenter alle Kontakte, die ohne die aktuell geltenden Hygiene- und Vorsichtsmaßnahmen stattfinden, eingeschränkt würden, desto kürzer könnten diese Beschränkungen sein.
Wichtig sei, deutlich, schnell und nachhaltig zu reagieren. Es sei notwendig, Kontakte ohne Vorsichtsmaßnahmen auf ein Viertel zu reduzieren und dies in allen Bundesländern sowie in allen Landkreisen und Städten nach bundesweit einheitlichen Regeln durchzuführen. Je früher diese konsequente Reduktion von Kontakten ohne Vorsichtsmaßnahmen erfolge, desto kürzer könne diese andauern und desto weniger psychische, soziale und wirtschaftliche Kollateralschäden würden verursacht. Mit einer drastischen Reduktion der Kontakte ohne Vorsichtsmaßnahmen eines jeden Einzelnen auf ein Viertel könne die Pandemie eingedämmt werden.
Ziel sei es, die Fallzahlen so weit zu senken, dass die Gesundheitsämter die Kontaktnachverfolgung wieder vollständig durchführen können. Sobald dies möglich ist, könnten die Beschränkungen vorsichtig gelockert werden, ohne dass unmittelbar eine erneute Pandemiewelle drohe. Das müsse aber bereits jetzt vorbereitet werden. Nach etwa drei Wochen deutlicher Reduktion von Kontakten ohne Vorsichtsmaßnahmen werde es entscheidend sein, die bekannten Infektionsschutzmaßnahmen (AHA+L+A) bundesweit einheitlich und konsequent durchzusetzen, um die dann erreichte niedrige Fallzahl zu halten. Dabei sollten Risikogruppen durch gezielte Maßnahmen konsequent geschützt, die Kommunikation der Vorsichtsmaßnahmen verbessert und die Hygienekonzepte geschärft und kontrolliert werden.
Metalle aus Endoprothesen können sich im Knochen ablagern
Synchrotron-Röntgenfluoreszenzanalysen von humanen Knochen- und Knochenmark-Biopsien
Berlin, 11.08.2020 Eine Forschungsgruppe der Charité – Universitätsmedizin Berlin konnte mithilfe hochkomplexer Analysemethoden detailliert nachverfolgen, wie verschiedene Metalle aus Endoprothesen freigesetzt werden und sich im umliegenden Knochengewebe anreichern. Auch unabhängig von mechanischer Belastung kann es – anders als bisher angenommen – aus verschiedenen Prothesenteilen zu einer ständigen Freisetzung von Metallen kommen. Die im Fachmagazin Advanced Science veröffentlichen Erkenntnisse sollen helfen, die Materialien von Implantaten zu optimieren und ihre Sicherheit zu erhöhen.
Bevor man sich eine Prothese einsetzen lässt, sollte man überprüfen, ob es Alternativen zur OP gibt. Zum Beispiel die Biokinematik.
Der Arzt Claus Becker aus Badenweiler praktiziert die Biokinematik seit vielen Jahren. In Bad Krozingen gibt es die Klinik für Biokinematik.
Moderne Endoprothesen sollen Patienten mit chronisch degenerativen Gelenkerkrankungen eine schmerzfreie Beweglichkeit ermöglichen und so ihre Lebensqualität deutlich verbessern. Für solchen künstlichen Gelenkersatz werden Materialien mit verschiedenen Metallverbindungen verwendet, um eine mechanische Stabilität des Implantats möglichst lange zu gewährleisten. Entscheidend für den langfristigen Erfolg einer Endoprothese ist jedoch eine stabile Integration in das umliegende Knochengewebe. Frühere Arbeiten zur Implantatstabilität belegten, dass es an den Reibungsflächen, so genannte Gleitpaarungen, zu einem Abrieb von Metallen kommen kann. Diese Metallrückstände können zu einer Rückbildung des umliegenden Knochens, der sogenannten Osteolyse, und somit zu einer frühzeitigen Lockerung der Implantate führen. Allerdings wurde eine mögliche ständige Freisetzung von Metallen aus anderen Teilen der Prothese bisher außer Acht gelassen.
Die Forschungsgruppe um Dr. Sven Geißler am Julius-Wolff-Institut für Biomechanik und Muskuloskeletale Regeneration der Charité hat nun die räumliche Verteilung und lokale Toxikokinetik von freigesetzten metallischen Verschleiß- und Korrosionsprodukten im umliegenden Knochengewebe unter Verwendung eines einzigartigen Synchrotron-basierten Röntgenfluoreszenz-Bildgebungssystems detailliert untersucht. „Mit unserer Arbeit zeigen wir zum ersten Mal, dass sowohl partikuläre als auch gelöste Metalle, die aus Endoprothesen stammen, im umliegenden Knochen und im Knochenmark in überphysiologischen Konzentrationen vorhanden sind“, sagt Dr. Geißler. „Die kollagenhaltige Schicht, die nach der Operation das Implantat verkapselt, isoliert dieses somit nicht in dem Ausmaß vom menschlichen Gewebe wie bisher angenommen.“
Die Forschenden untersuchten hierfür winzige Knochenproben von 14 Patienten, bei denen ein Hüft- oder Kniegelenk ersetzt werden musste. Sie nutzten hierfür die Röntgenfluoreszenzanalyse, um die elementare Zusammensetzung der Proben qualitativ und quantitativ zu bestimmen. Diese Technik gestattet einzigartige Einblicke hinsichtlich Konzentration, Verteilung, Lokalisierung und Anreicherung von metallischen Abbauprodukten wie Kobalt, Chrom oder Titan im angrenzenden Knochen und im Knochenmark. Die notwendige sehr reine und fokussierte Röntgenstrahlung hoher Intensität wurde durch die Synchrotronstrahlungsquelle des Teilchenbeschleunigers der European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) im französischen Grenoble erreicht und erlaubt eine weltweit einmalige Ortsauflösung von bis zu 30 Nanometer. „Im Rahmen unserer Arbeit bringen wir also eine klinisch hochrelevante Fragestellung und einen hochkomplexen experimentellen Aufbau zusammen“, erklärt Dr. Janosch Schoon, Erstautor der Studie.
„Unsere Studie leistet einen wesentlichen Betrag zur Verbesserung der Risiko-Nutzen-Bewertung von Medizinprodukten und zeigt, dass diese nicht nur Biokompatibilitätstests von Ausgangsmaterialien, sondern auch von deren späteren Verschleiß- und Korrosionsprodukten umfassen sollte. Auf diese Weise tragen die aktuellen Daten entscheidend dazu bei, die Implantatsicherheit auf dem höchstmöglichen Niveau zu halten“, resümiert Dr. Geißler. Basierend auf den Erkenntnissen sollen in nachfolgenden Untersuchungen die biologischen Konsequenzen der Metallfreisetzung im Knochen und Knochenmark erforscht werden. Zugleich werden neue Ansätze entwickelt, die eine zuverlässige präklinische Testung von Implantatmaterialien in humanen Zellen und im Labor gezüchteten Geweben erlauben.
*Schoon J et al. Metal-specific biomaterial accumulation in human peri-implant bone and bone marrow. Adv Sci (2020), DOI: 10.1002/advs.202000412
Das geriatrische Assessment von 2020 ist nicht mehr das geriatrische Assessment von einst. Technologische Innovationen, die Einführung schweregradabhängiger Fallpauschalen, Fortschritte in Diagnostik und Therapie, das neue Konzept des Frailty-Syndroms: All dies hat dazu geführt, dass sich das geriatrische Assessment grundlegend verändert hat. Professor Andreas Stuck hat in den 1990-er Jahren eine viel beachtete Metaanalyse zur Wirksamkeit des geriatrischen Assessments publiziert, und in den vergangenen Jahren in Praxis, Lehre und Forschung neue Formen des geriatrischen Assessments evaluiert. In seiner Keynote „Geriatrisches Assessment 2020“ im Rahmen der geriatrisch-gerontologischen Online-Konferenz vom 3. bis 5. September wird Stuck das Heute und Morgen zu diesem Themenschwerpunkt beleuchten.
Es geht unter anderem um technologische Innovationen: Herkömmliche geriatrische Assessmentverfahren basieren auf klinischer Beobachtung und manueller Auswertung. So setzen zum Beispiel Assessmentverfahren zur Erfassung der Mobilität wie der Tinetti-Test oder der „Timed Get Up and Go“-Test die heutigen technologischen Möglichkeiten nicht ein. „Dabei würden es Sensoren ermöglichen, Bewegungsabläufe qualitativ und quantitativ abzubilden“, sagt Andreas Stuck. Auch andere Assessmentverfahren wie der Flüsterzahlentest stammen aus dem letzten Jahrhundert, obschon es auch hier Alternativen geben würde. Es stellt sich also die Frage, ob die herkömmlichen Verfahren ausgedient haben.
Neue Verfahren in Diagnostik und Therapie
Exemplarisch sind die Vorgaben, welche für die Dokumentation der geriatrisch frührehabilitativen Komplexbehandlung gelten. Diese geben vor, in welchem Zeitraum welche Elemente des geriatrischen Assessments dokumentiert sein müssen. Hat dies das geriatrische Assessment verändert? Und vor allem: Führt dies zu einer besseren geriatrischen Versorgung älterer Patientinnen und Patienten? In den vergangenen 20 Jahren haben sich die diagnostischen und therapeutischen Möglichkeiten verändert. So ist die Sarkopenie kürzlich als Diagnose in die ICD-Klassifikation aufgenommen worden, und es gibt heute wirksame Interventionen für betroffene Patienten. Bei anderen Diagnosen, wie Delir oder Gangunsicherheit, haben sich die diagnostischen und therapeutischen Verfahren in den vergangenen Jahren ebenfalls wesentlich verbessert. Deshalb wird in der Keynote auch die kritische Frage gestellt: Sind die herkömmlichen geriatrischen Assessmentverfahren noch geeignet für die Aufdeckung dieser Krankheiten?
Das Frailty-Syndrom
Im Jahr 2001 hat die Geriaterin und Epidemiologin Linda Fried erstmals den „Frailty-Phänotyp“ beschrieben, primär als Grundlage für die Erforschung pathopyhsiologischer Abläufe im Alter. Unterdessen hat „Frailty“ auch Einzug in die Klinik gehalten. So wird die „Frailty“ heute zum Teil als Kriterium für medizinische Entscheidungen eingesetzt. Das herkömmliche geriatrische Assessment enthält jedoch keine „Frailty“-Dimension. Muss also das multidimensionale Assessment um eine Dimension ergänzt werden?
Das geriatrische Assessment von morgen
Auch ausserhalb der Geriatrie hat das geriatrische Assessment in den vergangenen Jahren zunehmend Beachtung gefunden. In der Kardiologie und der Traumatologie, und unterdessen in vielen anderen Disziplinen wurde der Mehrwert dieser geriatrischen Abklärungsmethode erkannt. Das geriatrische Assessment ist darum heute nicht mehr ausschliesslich eine Spezialabklärung bei ausgewählten Patientinnen und Patienten in der Geriatrie, sondern Teil der Basisabklärung anderer Disziplinen. Hier ist noch Entwicklungsarbeit notwendig, denn ein geriatrisches Assessment für die Anwendung in nichtgeriatrischen Settings muss in kurzer Zeit durchführbar und trotzdem ausreichend valide sein. Zeigt das geriatrische Assessment bei einem älteren Patienten oder einer älteren Patientin eine komplexe Problematik, dann wird auch in Zukunft die Geriatrie gefragt sein. Liegt doch die Kernkompetenz der Geriatrie in der Interpretation und der Synthese der geriatrischen Assessmentbefunde und der Umsetzung eines individuellen, interprofessionellen geriatrischen Managements.
Zur Person
Prof. med. Andreas Stuck ist Chefarzt und Klinikdirektor der Geriatrischen Universitätsklinik in Bern an den drei Standorten Inselspital, Spital Tiefenau und Spital Belp. Unter seiner Gesamtleitung führt die Klinik eine akutgeriatrische Bettenstation, eine stationäre Geriatrische Rehabilitation, ein Ambulatorium sowie eine Kooperation mit der Orthopädischen Universitätsklinik. In Lehre und Forschung sind seine Spezialgebiete das geriatrische Assessment in den verschiedenen Settings Akutspital, Rehabilitation, Alters- und Pflegeheim sowie in der Hausarztpraxis. Dazu hat er Lehrmittel entwickelt, Forschungsprojekte durchgeführt, und gilt national und international als einer der führenden Experten auf diesem Gebiet. Zudem ist Andreas Stuck amtierender Präsident der Schweizerischen Fachgesellschaft für Geriatrie (SFGG).
„Einstein Student Support for Corona Medical Emergency“
Die Einstein Stiftung Berlin fördert in einem Soforthilfeprogramm Studierende, die vorübergehend in der medizinischen Grundversorgung der Charité – Universitätsmedizin Berlin zum Einsatz kommen sollen. Hierfür stellt die Einstein Stiftung der Charité 300.000 Euro im Rahmen des Soforthilfeprogramms „Einstein Student Support for Corona Medical Emergency“ zur Verfügung. Während der kommenden drei Monate können rund 100 Studierende jeweils mit 1.000 Euro pro Monat vergütet werden. Hintergrund ist der durch die Corona-Pandemie prognostizierte Mangel an Pflegekräften.
„Mit dieser Initiative will die Einstein Stiftung einen Beitrag dazu leisten, dass die Charité den bevorstehenden medizinischen und pflegerischen Herausforderungen möglichst gut gerecht werden kann. Durch die Unterstützung von Studierenden soll zudem das wichtige gesellschaftliche Engagement junger Menschen honoriert und gefördert werden“, sagt der Vorstandsvorsitzende der Einstein Stiftung, Günter Stock.
„Wir begrüßen diese Initiative außerordentlich. Denn in den nächsten Tagen und Wochen werden wir eine große Anzahl von Patientinnen und Patienten behandeln müssen. Hier können Studierende der Medizin oder der Pflege einen wichtigen Beitrag leisten. Viele von ihnen haben vor dem Studium bereits pflegerische Erfahrungen gesammelt oder eine entsprechende Ausbildung absolviert“, sagt Heyo K. Kroemer, der Vorstandsvorsitzende der Charité.
Am Soforthilfeprogramm interessierte Studierende der Charité oder der Alice Salomon Hochschule können sich direkt an die Charité wenden unter
stud-freiwillige(at)charite.de. In der Kurzbewerbung sollten die Immatrikulationsbescheinigung sowie entsprechende Nachweise der pflegerischen Erfahrung enthalten sein. Die Studierenden werden nach Eignung ausgewählt und eingesetzt. Sie können die Dauer ihres Einsatzes und die tägliche Arbeitszeit nach Verfügbarkeit selbst bestimmen.
Impfstoff-Kandidat wird in Deutschland auf seine Wirksamkeit bei Infektionen mit dem neuen Coronavirus getestet
Der Verlauf der Corona-Pandemie wird stark davon abhängen, wie schnell Medikamente oder Impfstoffe gegen das SARS-Co-Virus 2 entwickelt werden können. Forschende wollen nun in mindestens einer Phase-III-Studie untersuchen, ob der ursprünglich von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Infektionsbiologie gegen Tuberkulose entwickelter Impfstoff-Kandidat VPM1002 auch bei einer Infektion mit SARS-CoV-2 wirksam ist. Die großangelegte Studie soll an mehreren Kliniken in Deutschland durchgeführt werden und wird ältere Menschen sowie Beschäftigte im Gesundheitswesen umfassen, die besonders von der Erkrankung bedroht sind. VPM1002 könnte so helfen, die Zeit bis zu einem Impfstoff zu überbrücken, der spezifisch gegen SARS-Co-Virus 2 wirksam ist.
VPM1002 basiert auf einem Anfang des 20 Jahrhunderts entwickelten Impfstoff namens BCG. Studien an Mäusen zeigen, dass der BCG-Impfstoff nicht nur vor Tuberkulose, sondern auch vor Virusinfektionen der Atemwege schützen kann. An Grippe erkrankte Mäuse haben demzufolge weniger Influenza-A-Viren im Blut, wenn sie zuvor mit BCG geimpft wurden. Die Tiere wiesen dadurch weniger Schädigungen der Lungen auf. Eine Impfung mit BCG erhöht weiteren Studien zufolge auch die Resistenz der Tiere gegenüber anderen Viren wie zum Beispiel Herpesviren vom Typ 1 und 2. Aus den Niederlanden und Großbritannien gibt es zudem Hinweise darauf, dass BGC als sogenannter Bystander-Impfstoff gegen das neue Corona-Virus helfen könnte. Offenbar aktiviert eine Impfung mit BCG auch das Immunsystem gegen eine Virusinfektion. Dadurch verringert der Impfstoff die Gefahr schwerer Krankheitsverläufe und senkt so die Todesrate.
VPM1002 enthält abgeschwächte Tuberkulose-ähnliche Bakterien. Diese sind genetisch so verändert, dass Immunzellen sie besser erkennen können. Der ursprünglich am Berliner Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie von der Gruppe um Stefan H.E. Kaufmann entwickelte Impfstoff-Kandidat schützt dadurch wirksamer vor Tuberkulose als der alte Impfstoff und soll bei Neugeborenen und zur Auffrischung einer Impfung bei Erwachsenen eingesetzt werden. Neuste Studien haben ergeben, dass VPM1002 auch bei Krebserkrankungen wirksam sein und eine Rückkehr von Blasentumoren verhindern kann.
VPM1002 ist sicher und wirksamer als Standard-Impfung
Wissenschaftler haben diese Weiterentwicklung des BCG-Impfstoffs in einer Reihe von Studien an Mäusen sowie mehreren klinischen Studien untersucht. So hat 2018 eine Phase-II-Studie bestätigt, dass VPM1002 von Neugeborenen gut vertragen wird und wirksam ist. Derzeit wird der Impfstoff in einer weiteren Phase-III-Studie an erwachsenen Probanden in Indien getestet. Sie soll Mitte 2020 abgeschlossen sein. „Die bisherigen Ergebnisse zeigen, dass eine Impfung mit VPM1002 sicher und wirksamer als eine Standart-Impfung mit BCG ist“, sagt Stefan H.E. Kaufmann.
Das höhere Sicherheitsprofil von VPM1002 und die verbesserte Wirksamkeit lassen hoffen, dass der neue Impfstoff auch die Symptome einer Infektion mit dem SARS-Co-Virus 2 besser mildern kann als der BCG-Impfstoff. „Hinzu kommt, dass VPM1002 mithilfe modernster Produktionsmethoden hergestellt werden kann“, sagt Adar C. Poonawalla der Hersteller und Geschäftsführer von Serum Institute of India.“ So könnten innerhalb kürzester Zeit Millionen von Dosen bereitgestellt werden.“
Gespräche mit Behörden
Die beteiligten Partner, Vakzine Projekt Management (VPM) und das Serum Institute of India, haben bereits vielversprechende Gespräche mit den Behörden geführt, um eine Phase-III-Studie in Deutschland mit VPM1002 durchzuführen und die Wirksamkeit des Impfstoffs bei älteren Menschen und Beschäftigen im Gesundheitswesen zu untersuchen. „Diese Bevölkerungsgruppen sind besonders von der aktuellen Pandemie betroffen,“ so Leander Grode Geschäftsführer der VPM, „und könnten daher besonders von einer Impfung mit VPM1002 profitieren“. Bei einem positiven Ergebnis könnte VPM1002 dazu beitragen die Gesundheitssysteme zu entlasten, bis ein Impfstoff zur Verfügung steht, der spezifisch gegen SARS-CoV-2 wirksam ist.
Die Max-Planck-Gesellschaft hat die Lizenz für den Impfstoff 2004 an das Unternehmen Vakzine Projekt Management (VPM) vergeben. Ab 2012 entwickelte die Firma den Impfstoff zusammen mit dem Serum Institute of India weiter, einem der größten Impfstoffhersteller weltweit. Das Unternehmen hat die VPM mittlerweile mehrheitlich übernommen
Erythropoietin, kurz Epo, ist ein berüchtigtes Dopingmittel. Es fördert die Bildung von roten Blutkörperchen und steigert – wie man bislang glaubte – auf diese Weise die körperliche Leistungsfähigkeit. Der Wachstumsfaktor schützt und regeneriert aber auch Nervenzellen im Gehirn. Forscher vom Max-Planck-Institut für experimentelle Medizin in Göttingen haben nun herausgefunden, wie Epo dort wirkt. Sie haben entdeckt, dass geistige Herausforderungen in den Nervenzellen des Gehirns einen leichten Sauerstoffmangel (von den Forschern ‚funktionelle Hypoxie‘ genannt) auslösen. Dies regt die Produktion von Epo und seinen Rezeptoren in den aktiven Nervenzellen an. Dadurch werden aus benachbarten Vorläuferzellen neue Nervenzellen gebildet, und die Zellen verbinden sich effektiver untereinander.
Erythropoietin ist ein Wachstumsfaktor, der unter anderem die Produktion von roten Blutkörperchen anregt. So fördert es bei Anämie-Patienten die Blutbildung. Darüber hinaus wird der hochpotente Wirkstoff auch zur illegalen Leistungssteigerung im Sport eingesetzt.
„Die Gabe von Epo verbessert die Regeneration nach einem Schlaganfall (genannt ‚Neuroprotektion‘ und ‚Neuroregeneration‘) und verringert so die Schäden im Gehirn. Patienten mit Störungen der geistigen Leistungsfähigkeit im Rahmen von Schizophrenie, Depression, Bipolarer Erkrankung oder Multipler Sklerose, die wir mit Epo behandelt haben, sind zudem deutlich leistungsfähiger“, sagt Hannelore Ehrenreich vom Max-Planck-Institut für experimentelle Medizin. Die Wissenschaftlerin erforscht zusammen mit ihren Kollegen seit Jahren die Rolle von Epo im Gehirn.
Mehr Nervenzellen
Ehrenreich und ihr Team haben nun in Tierversuchen an Mäusen systematisch untersucht, welcher körpereigene Mechanismus der höheren Leistungsfähigkeit des Gehirns nach Epo zugrunde liegt. Ihre Versuchsergebnisse zeigen, dass erwachsene Mäuse nach der Gabe des Wachstumsfaktors 20 Prozent mehr Nervenzellen in der Pyramidenschicht des Hippocampus, einer für Lernen und Gedächtnis entscheidenden Hirnregion, bilden. „Außerdem vernetzen sich die Nervenzellen besser und schneller mit anderen Nervenzellen und tauschen dadurch effizienter Signale aus“, sagt Ehrenreich.
Die Forscher ließen die Mäuse auf Laufrädern trainieren, deren Speichen in unregelmäßigen Abständen angeordnet waren. „Das Laufen in diesen Rädern erfordert das Erlernen komplexer Bewegungsabläufe, die für das Gehirn eine besondere Herausforderung sind“, erklärt Ehrenreich. Die Resultate belegen, dass die Mäuse nach einer Epo-Behandlung die für die Laufräder erforderlichen Bewegungen schneller lernen. Die Nager sind darüber hinaus deutlich belastbarer.
Höherer Sauerstoffbedarf
Den Göttinger Wissenschaftlern war nun das Verständnis der Mechanismen wichtig, welche diese potenten Epo Effekte erklären. Sie wollten der physiologischen Bedeutung des Epo-Systems im Gehirn auf die Spur kommen. In einer Reihe gezielter Experimente konnten sie belegen, dass Nervenzellen beim Lernen komplexer motorischer Aufgaben mehr Sauerstoff benötigen, als ihnen normalerweise zur Verfügung steht. Der dadurch entstehende leichte Sauerstoffmangel (relative Hypoxie) liefert in den Nervenzellen das Signal zur vermehrten Epo-Produktion. „Es handelt sich hierbei um einen selbstverstärkenden Prozess: Geistige Anstrengung führt zu leichter Hypoxie, von uns als ‚funktionelle Hypoxie‘ bezeichnet, der wiederum die Produktion von Epo und seinen Rezeptoren in den entsprechend aktiven Nervenzellen anregt. Epo steigert anschließend die Aktivität dieser Nervenzellen, bewirkt die Bildung neuer Nervenzellen aus benachbarten Vorläuferzellen, und erhöht deren komplexe Vernetzung, um auf diese Weise zu der bei Mensch und Maus messbaren Verbesserung der geistigen Leistungsfähigkeit zu führen“, erklärt Ehrenreich.
Der selbstverstärkende Zyklus aus geistiger Herausforderung, aktivitätsinduzierter Hypoxie und Epo-Produktion kann auf unterschiedliche Weise beeinflusst werden: „Die geistige Leistungsfähigkeit lässt sich durch konsequentes Lernen und geistiges Training über die Epo-Produktion der beteiligten Nervenzellen steigern. Ein ähnlicher Effekt wird bei Kranken durch die Verabreichung von zusätzlichem Epo erzielt“, sagt Ehrenreich.
Duftstoffe können sehr einfach helfen, neu Gelerntes im Schlaf besser zu speichern, wie Forscher*innen des Universitätsklinikums Freiburg zeigen
Experiment mit Schulklassen bestätigt und vereinfacht vielbeachtete Studie / Publikation in Scientific Reports der Nature-Gruppe
Müheloses Lernen im Schlaf ist der Traum eines jeden Menschen. Dass Gerüche den Lernerfolg erhöhen, wenn sie während des Lernens und später erneut während des Schlafs präsentiert werden, wurde erstmals vor einigen Jahren in aufwändigen Studien im Schlaflabor nachgewiesen. Nun haben Forscher*innen des Universitätsklinikums Freiburg, des Freiburger Instituts für Grenzgebiete der Psychologie und Psychohygiene (IGPP) und der Fakultät für Biologie der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg gezeigt, dass dieser Effekt sehr einfach erzielt werden kann. Für die Studie lernten Schüler*innen zweier Schulklassen Englisch-Vokabeln – mit und ohne Duftstäbchen während der Lernphase und in der Nacht. Mit Duftreiz erinnerten sich die Schüler*innen deutlich besser an die Vokabeln. Die Studie, die eine Lehramtsstudentin im Rahmen ihrer Abschlussarbeit durchführte, erschien am 27. Januar 2020 im Open-Access-Journal Scientific Reports der Nature-Gruppe.
Am Beispiel einer Polarexpedition haben Wissenschaftler*innen der Charité – Universitätsmedizin Berlin und des Max-Planck-Instituts für Bildungsforschung die Effekte von sozialer Isolation und extremen Umweltbedingungen auf das Gehirn untersucht.
Studie auf der Neumayer-Station III in der Antarktis
Sie fanden Veränderungen im Gyrus dentatus, einem für das räumliche Denken und das Gedächtnis verantwortlichen Teilbereich des Hippokampus. Die Ergebnisse ihrer Studie sind in der Fachzeitschrift The New England Journal of Medicine erschienen.
Wer zu einer Antarktis-Expedition auf die deutsche Neumayer-Station III des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI), aufbricht, muss mit Temperaturen bis zu minus 50 Grad und nahezu vollständiger Dunkelheit im Winter rechnen. Das Leben auf der Station bietet wenig Privatsphäre und Rückzugsmöglichkeiten. Kontakte zur Außenwelt sind auf ein Minimum reduziert. Den Aufenthalt abzubrechen, ist zumindest während der langen Wintermonate keine Option: Evakuierungen im Notfall oder Nachschub von Nahrungsmitteln und Equipment sind nur während des relativ kurzen Sommers möglich. „Dieses Szenario bietet uns die Gelegenheit zu untersuchen, wie sich das Leben unter extremen Bedingungen auf das menschliche Gehirn auswirkt“, sagt Alexander Stahn vom Institut für Physiologie der Charité, Leiter der Studie und Assistant Professor an der Perelman School of Medicine der University of Pennsylvania. Gemeinsam mit Simone Kühn, Leiterin der Lise-Meitner-Gruppe Umweltneurowissenschaften am Max-Planck-Institut für Bildungsforschung, und mit Unterstützung des AWI erforschte er in der aktuellen Studie, ob sich die Struktur und die Funktion des menschlichen Gehirns im Verlaufe einer Antarktis-Expedition verändern.
An der Studie nahmen fünf Männer und vier Frauen freiwillig teil, die
insgesamt 14 Monate auf der Polarforschungsstation verbrachten. Davon
waren sie 9 Monate auf sich allein gestellt. Vor, während und nach der
Mission absolvierten sie eine Reihe von computergestützten
Kognitionstests. Diese prüften unter anderem die
Konzentrationsfähigkeit, die Gedächtnisleistung und die
Reaktionsfähigkeit sowie das räumliche Denken. Regelmäßige Bluttests
sollten darüber hinaus Aufschluss über die Konzentration des sogenannten
Wachstumsfaktors BDNF (brain-derived neurotrophic factor) geben – ein
Protein, das sich stimulierend auf das Wachstum der Nervenzellen und
Synapsen im Gehirn auswirkt. Um Veränderungen im Volumen insbesondere
des Hippokampus, einer tief im Gehirn liegenden Region, feststellen zu
können, bestimmte die Forschungsgruppe die Hirnstruktur der
Proband*innen vor sowie nach der Mission in einem
Magnetresonanztomografen. „Dazu nutzten wir eine besonders
hochauflösende Methodik, die es ermöglicht, die einzelnen Teilbereiche
des Hippocampus exakt zu vermessen“, sagt Simone Kühn. Eine neunköpfige
Kontrollgruppe durchlief die gleichen Tests.
Die Messungen ergaben, dass sich ein bestimmter Teilbereich des
Hippokampus, der Gyrus dentatus, bei den Expeditionsteilnehmer*innen
nach Expeditionsende im Vergleich zur Kontrollgruppe verkleinert hatte.
Der Gyrus dentatus spielt für die Festigung von Gedächtnisinhalten und
das räumliche Denken eine wichtige Rolle. Die Veränderungen gingen dabei
mit einer Verringerung des Wachstumsfaktors BDNF einher. Bereits nach
dreimonatigem Aufenthalt in der Antarktis war die Konzentration des
Wachstumsfaktors unter das vor der Expedition gemessene Niveau gesunken
und hatte sich auch eineinhalb Monate nach der Expedition noch nicht
normalisiert. In den Kognitionstests zeigten sich Effekte auf das
räumliche Denken und die sogenannte selektive Aufmerksamkeit, die nötig
ist, um nicht relevante Informationen zu ignorieren. Während sich
Studienteilnehmer*innen nach wiederholter Absolvierung der Tests
normalerweise darin verbessern, fiel dieser Lerneffekt geringer aus, je
stärker das Volumen des Gyrus dentatus abgenommen hatte.
„Angesichts der geringen Anzahl an Probandinnen und Probanden sind
die Ergebnisse unserer Studie vorsichtig zu interpretieren. Sie geben
aber – wie auch erste Erkenntnisse bei Mäusen – einen wichtigen Hinweis
darauf, dass sich extreme Umweltbedingungen negativ auf das Gehirn,
insbesondere auf die Bildung neuer Nervenzellen im Gyrus dentatus des
Hippocampus, auswirken können“, erklärt Alexander Stahn. Im nächsten
Schritt wollen die Wissenschaftler*innen nun untersuchen, ob
beispielsweise Sport den beobachteten Veränderungen des Gehirns
entgegenwirken kann.
Original Publication Stahn, A. C., Gunga, H.-C., Kohlberg, E., Gallinat, J., Dinges, D. F., & Kühn, S. (2019). Brain changes in response to long-duration Antarctic expeditions. The New England Journal of Medicine, 381, 2273–2275. doi:10.1056/NEJMc1904905
Charité – Universitätsmedizin Berlin Die Charité – Universitätsmedizin Berlin ist mit rund 100 Kliniken und Instituten an 4 Campi sowie 3.001 Betten eine der größten Universitätskliniken Europas. Im Jahr 2018 wurden hier 152.693 voll- und teilstationäre Fälle sowie 692.920 ambulante Fälle behandelt. An der Charité sind Forschung, Lehre und Krankenversorgung eng miteinander vernetzt. Konzernweit sind rund 18.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter für die Berliner Universitätsmedizin tätig. Damit ist die Charité eine der größten Arbeitgeberinnen Berlins. Rund 4.500 der Beschäftigten sind im Pflegebereich und 4.300 im wissenschaftlichen und ärztlichen Bereich tätig. Im Jahr 2018 hat die Charité Gesamteinnahmen von mehr als 1,8 Milliarden Euro erzielt. Mit mehr als 170,9 Millionen Euro eingeworbenen Drittmitteln erreichte die Charité einen erneuten Rekord. An der medizinischen Fakultät, die zu den größten in Deutschland gehört, werden mehr als 7.500 Studierende der Humanmedizin und der Zahnmedizin ausgebildet. Darüber hinaus gibt es 619 Ausbildungsplätze in 9 Gesundheitsberufen. http://www.charite.de
Forscher des Universitätsklinikums Freiburg mahnt sensiblen Einsatz von Möglichkeiten virtueller Realitäten in der Medizin und der Pflege an / Publikation in Nature Medicine
Demenz, Angsterkrankungen, Schlaganfall: Das
Spektrum möglicher Anwendungen virtueller Realität (VR) wächst rasant.
So kann auf Demenzkranke im Pflegeheim eine Simulation ihrer
ursprünglichen Umgebung beruhigend wirken. „Grundsätzlich lassen sich
mittels Virtueller Realität positive Effekte erzielen“, sagt der
Neurologe Dr. Philipp Kellmeyer, Klinik für Neurochirurgie des
Universitätsklinikums Freiburg und Freiburg Institute of Advanced
Studies (FRIAS). Doch er warnt auch: „Oft werden die besonderen
Bedürfnisse der Patientinnen und Patienten unzureichend berücksichtigt.
Wenn Demenzkranke beispielsweise nicht mehr zwischen Realität und
Fiktion unterscheiden können, ist das ein gravierender Eingriff in ihre
Autonomie.“ Gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen aus den Niederlanden
und der Schweiz hat er dazu am 29. Juli 2019 einen Artikel im
Fachjournal Nature Medicine veröffentlicht.
„Die Grenze zwischen Realität und VR verschwimmt immer mehr“
Auch in der Behandlung von Essstörungen und des
Aufmerksamkeits-Defizit-Hyperaktivitätssyndroms (ADHS) sowie in der
forensischen Psychiatrie werden VR-Anwendungen erprobt. „Zwar kann man
sich grundsätzlich vorstellen, dass VR-Anwendungen sehr positive Effekte
haben. Wie Virtuelle Realität kognitiv und emotional auf die
Betroffenen wirkt, ist aber noch kaum untersucht. Und die Grenze
zwischen Realität und VR verschwimmt immer mehr“, so Kellmeyer.
Der Neurologe sieht drei zentrale Risiken bei der Anwendung:
• Die Überzeugungskraft der VR-Simulation kann für
therapeutische Zwecke genutzt werden die letztlich auf einer Täuschung
oder Illusion beruhen. Diese Instrumentalisierung schränkt die Autonomie
der Patientinnen und Patienten ein und ist auch im Hinblick auf die
Menschwürde mitunter problematisch.
• Die VR-Anwendung zielt auf eine Verhaltensänderung
des Nutzers ab, der sich der Nutzer nicht entziehen kann. Dadurch ist
die autonome Entscheidungsfindung gefährdet.
• Der Nutzer baut emotionale Bindungen zu virtuelle
Figuren, sogenannten Avataren, auf und nimmt sie als vermeintliche reale
Menschen an. Dies könnte einen sozialen Rückzug aus der realen Welt zur
Folge haben.
Patienten frühzeitig in die Entwicklung einbeziehen
Diese Probleme lassen sich auf unterschiedliche
Weise beheben. „Technologische Lösungen sollten nur da eingesetzt
werden, wo die Probleme nicht politisch oder sozial gelöst werden
können“, sagt Kellmeyer. Um neue Anwendungen stärker nutzerzentriert
auszurichten, schlagen Kellmeyer und Kollegen vor, Patientinnen und
Patienten frühzeitig in die Entwicklung einzubeziehen. „Wir sollten
wegkommen von entwicklergetriebenen hin zu patientengetriebenen
Innovationen.“
Original-Titel der Publikation: Ethical tensions of virtual reality treatment in vulnerable patients
Bastian Rapp erhält einen mit 2 Millionen Euro dotierten ERC Consolidator Grant für die Entwicklung taktiler Displays
Der Ingenieur Prof. Dr. Bastian E. Rapp vom Institut für
Mikrosystemtechnik der Universität Freiburg erhält für seine Forschung
zu taktilen Displays, deren Abbildung sehbehinderte Menschen ertasten
können, einen mit 2 Millionen Euro dotierten Consolidator Grant des
Europäischen Forschungsrats (ERC). Rapp und seine Arbeitsgruppe
entwickeln neue Konzepte, wie solche Displays aufgebaut werden können.
Ziel seines Projekts ist, eine Art Tablet für sehbehinderte Menschen zu
entwickeln. Der ERC Grant, den Rapp während seiner Zeit am Karlsruher
Institut für Technologie (KIT) eingeworben hat, gehört zu den
renommiertesten Preisen für europäische Wissenschaftlerinnen und
Wissenschaftler.
Bastian E. Rapp. Foto: Markus Breig/KIT
Das Bild gewöhnlicher Displays entsteht mithilfe kleiner Lichtpunkte,
den Pixeln. Bei taktilen Displays treten an ihrer Stelle tastbare
Punkte aus der Oberfläche hervor, die so genannten Taxel. Bei ihnen
handelt es sich um kleine Stifte, die mechanisch bewegt werden und deren
oberes Ende als Punkt erscheint.
Jedoch ist diese Technologie viel weniger weit entwickelt und teurer
als die Displays für sehende Menschen. Das liegt vor allem an der
vergleichsweise aufwendigen Herstellung der entsprechenden Systeme. Da
die letzten Jahrzehnte kaum Neuerungen bezüglich ihrer Funktionsweise
gebracht haben, hat die Darstellung der am Markt verfügbaren Systeme
eine schlechte Qualität: Die Auflösung des besten Systems, das knapp
50.000 Euro kostet, entspricht einem Bruchteil der Pixelzahl, die ein
Nintendo Gameboy Anfang der 1990er Jahre hatte.
Mithilfe des ERC Grants wird Rapp Konzepte für Taxel entwickeln, die
weitaus günstiger sind und die Herstellung portabler Systeme
ermöglichen. Dabei arbeitet er mit dem Studienzentrum für Sehgeschädigte
des KIT zusammen, um die Systeme in engem Austausch mit potenziellen
Anwenderinnen und Anwendern zu entwickeln.
Rapp studierte Maschinenbau an der Universität Karlsruhe und wurde dort im Jahr 2008 über die Entwicklung eines Biosensorsystems für die biomedizinische Diagnostik promoviert. 2017 schloss er seine Habilitation mit der Veröffentlichung eines Lehrbuchs über die Fluidmechanik in mikrofluidischen Systemen ab. Er war zuletzt Gruppenleiter am Institut für Mikrostrukturtechnik des KIT. Im November 2018 folgte er dem Ruf auf die Professur für Prozesstechnologie an das Institut für Mikrosystemtechnik der Universität Freiburg. Er ist darüber hinaus Mitgründer und Geschäftsführer der Glassomer GmbH, die hochauflösende 3-D-Drucktechnologien für Glas entwickelt. Für seine Arbeiten wurde er unter anderem mit dem Edison Award der General Electric (GE) Foundation, dem GMM-Preis der Gesellschaft für Mikroelektronik, Mikrosystem- und Feinwerktechnik sowie dem Förderpreis des Arbeitgeberverbands Südwestmetall ausgezeichnet.