Archiv der Kategorie: Wissenschaft

Mit Telemedizin länger leben

Studienergebnisse belegen Vorteile der Telemedizin

für Patienten mit Herzschwäche


Berlin, 27.08.2018 Die telemedizinische Mitbetreuung von Patienten mit Herzschwäche führt zu weniger Krankenhausaufenthalten und zu einer längeren Lebensdauer. Dies gilt gleichermaßen für Patienten im ländlichen Raum und in Metropolregionen. Das haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Charité – Universitätsmedizin Berlin herausgefunden. Die Ergebnisse wurden jetzt in der Fachzeitschrift Lancet* veröffentlicht.

Telemedizinisches Versorgungskonzept. Copyright: Charité
Telemedizinisches Versorgungskonzept. Copyright: Charité

Im Rahmen des Forschungsprojektes „Gesundheitsregion der Zukunft Nordbrandenburg – Fontane“ hat das Team um Prof. Dr. Friedrich Köhler vom Zentrum für kardiovaskuläre Telemedizin der Charité 1.538 Patienten mit chronischer Herzinsuffizienz untersucht. Die Hälfte von ihnen wurde telemedizinisch mitbetreut, die andere Hälfte wurde konventionell behandelt. Die klinische Studie wurde bundesweit zusammen mit 113 kardiologischen und 87 hausärztlichen Einrichtungen durchgeführt.

Die telemedizinisch mitbetreuten Patienten erhielten vier Messgeräte: ein Elektrokardiogramm (EKG) mit Fingerclip zur Messung der Sauerstoffsättigung, ein Blutdruckmessgerät, eine Waage sowie ein Tablet zur Selbsteinschätzung des Gesundheitszustandes. Über das Tablet wurden die Werte automatisch an das Zentrum für kardiovaskuläre Telemedizin der Charité übertragen. Ärzte und Pflegekräfte des Zentrums bewerteten die übertragenen Messwerte – 24 Stunden täglich, sieben Tage die Woche. Bei einer Verschlechterung der Werte ergriffen sie entsprechende Maßnahmen, zum Beispiel die Veränderung der Medikation, die Empfehlung für einen ambulanten Arztbesuch oder die Krankenhauseinweisung. Primäre Studienziele waren, ungeplante kardiovaskuläre Krankenhausaufnahmen zu vermeiden und die Patienten möglichst lange außerhalb eines Krankenhauses behandeln zu können sowie die Lebenserwartung zu erhöhen. Weitere Studienziele umfassten die Erhöhung der Lebensqualität und der Selbstmanagementfähigkeit der Patienten. Zudem sollte überprüft werden, ob telemedizinische Mitbetreuung strukturelle Defizite der medizinischen Versorgung auf dem Land gegenüber städtischen Regionen ausgleichen kann.

Die Studienergebnisse zeigen, dass die telemedizinisch mitbetreuten Patienten weniger Tage durch ungeplante Einweisungen aufgrund von Herzinsuffizienz im Krankenhaus verbringen mussten: im Durchschnitt waren es 3,8 Tage pro Jahr im Vergleich zu 5,6 Tagen pro Jahr in der Kontrollgruppe. Damit haben die telemedizinisch mitbetreuten Patienten insgesamt und bezogen auf die einjährige Studiendauer pro Patient signifikant weniger Tage durch ungeplante kardiovaskuläre Krankenhausaufenthalte oder Tod verloren: 17,8 Tage im Vergleich zu 24,2 Tagen in der Kontrollgruppe. Darüber hinaus wies die telemedizinische Patientengruppe eine signifikant geringere Gesamtsterblichkeit im Vergleich zur Kontrollgruppe auf. Von 100 Herzinsuffizienzpatienten starben in einem Jahr unter den regulären Bedingungen etwa 11 Patienten (11,3 pro 100 Patientenjahre), mit telemedizinischer Mitbetreuung hingegen etwa 8 Patienten (7,8 pro 100 Patientenjahre).

„Die Studie konnte nachweisen, dass mit Telemedizin eine Lebensverlängerung erreicht werden kann“, erklärt Prof. Köhler. Dieses Ergebnis wurde unabhängig davon erreicht, ob der Patient in einer strukturschwachen ländlichen Gegend oder in einer Metropolregion lebt. Damit eignet sich Telemedizin, um regionale Versorgungsunterschiede zwischen Stadt und Land auszugleichen und die Versorgungsqualität insgesamt zu verbessern.

„In einem nächsten Schritt möchten wir unsere erhobenen Daten gesundheitsökonomisch analysieren und prüfen, welche Kosteneinsparungen für das Gesundheitssystem durch telemedizinische Mitbetreuung möglich sind. Zudem untersuchen wir ein Jahr nach dem Studienende, ob telemedizinische Mitbetreuung auch nach ihrem Abschluss einen nachhaltigen Einfluss auf den Krankheitsverlauf hat“, ergänzt Prof. Köhler.

*Koehler F et al. Efficacy of Telemedical Interventional Management in Patients with Heart Failure (TIM-HF2): a randomised, controlled, parallel-group, unmasked trial, Lancet 2018. DOI 10.1016/S0140-6736(18)31880-4.

Forschungsprojekt „Gesundheitsregion der Zukunft Nordbrandenburg – Fontane“

Das Projekt „Gesundheitsregion der Zukunft Nordbrandenburg – Fontane“ wurde von 2009 bis 2018 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit 10,2 Millionen Euro gefördert. Darüber hinaus hat das Land Brandenburg die technische Entwicklung des in der Studie verwendeten Telemedizinsystems mit 4,5 Millionen Euro unterstützt. Projektpartner sind die GETEMED Medizin- und Informationstechnik AG, die Deutsche Telekom Healthcare and Security Solutions GmbH, die Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, die Thermo Fisher Scientific Clinical Diagnostics Brahms GmbH sowie die assoziierten Kooperationspartner AOK Nordost und BARMER.

Den unstillbaren Hunger abschalten

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Ein neuer Wirkstoff soll jungen Patienten mit genetisch bedingter Adipositas helfen

Berlin, 08.05.2018 Im Rahmen einer aktuellen Studie haben Forscher des Instituts für Experimentelle Pädiatrische Endokrinologie der Charité – Universitätsmedizin Berlin Übergewicht erfolgreich behandelt, das durch einen Gendefekt verursacht wurde. Die jungen Patienten profitierten von einem Wirkstoff, der gleichzeitig neue Erkenntnisse über die grundlegenden Signalwege des Sättigungsgefühls ermöglicht. Veröffentlicht wurden die Ergebnisse im Journal Nature Medicine*.

Eine Mutation in der genetischen Bauanleitung des Leptin-Rezeptor (LEPR) führt bei den Betroffenen bereits in den ersten Lebensmonaten zu einem starken Hungergefühl. Die Folge ist eine ausgeprägte Fettleibigkeit bereits in der Kindheit. In der Regel gelingt es den Patienten nicht, durch vermehrte Bewegung und reduzierte Kalorienaufnahme, das Körpergewicht längerfristig zu stabilisieren. Darüber hinaus ziehen die Patienten häufig keinen Nutzen aus einer Adipositaschirurgie. Umso wichtiger ist der medikamentöse Behandlungsansatz für die Betroffenen.

Bereits vor zwei Jahren konnte Dr. Peter Kühnen mit der Arbeitsgruppe an der Charité zeigen, was für eine zentrale Rolle der Melanocortin-4-Rezeptor (MC4R) für den Energiehaushalt des Organismus und die Regulierung des Körpergewichts spielt. Im Gehirn führt normalerweise die Bindung des sogenannten „Sättigungshormons“ Leptin an den LEPR über mehrere Schritte zur Produktion des Melanozyten-stimulierendes Hormons (MSH). Die Bindung von MSH an MC4R löst dann das eigentliche Sättigungssignal in den Zellen aus. Ist der Rezeptor LEPR jedoch defekt, wird die Signalkaskade der Sättigung unterbrochen und ein ungestilltes Hungergefühl begünstigt das Entstehen einer Adipositas. Das im Rahmen der jetzt veröffentlichten Studie zur Behandlung eingesetzte Peptid bindet im Gehirn der Patienten an MC4R und löst das Sättigungssignal wieder aus. In Zusammenarbeit mit der Clinical Research Unit des Berliner Instituts für Gesundheitsforschung/Berlin Institute of Health (BIH) konnte das Team eine deutliche Gewichtsreduktion der behandelten Patienten mit LEPR-Gendefekt beobachten.

Dr. Kühnen: „Wir haben außerdem untersucht, weshalb das eingesetzte Peptid so wirksam ist und im Vergleich zu anderen Präparaten mit einem ähnlichen Wirkprinzip zu keinen schweren Nebenwirkungen führte. Hier konnten wir zeigen, dass ein besonderer Signalweg des MC4R aktiviert wird, der eine wichtige und bisher unterschätzte Rolle spielt.“ Im Rahmen der kommenden Untersuchungen will das Team von Dr. Kühnen ermitteln, ob es weitere Patienten gibt, die von dem Wirkstoff profitieren können: „Denkbar ist, dass es Patientengruppen mit einer Funktionsstörung in diesem Signalweg gibt, die für eine derartige Therapie in Frage kommen.“

*Clément K, et al., MC4R agonism promotes durable weight loss in patients with leptin receptor deficiency, Nature Medicine (2018), doi:10.1038/s41591-018-0015-9.

Hat die innere Uhr Einfluss auf Krebserkrankungen?

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Hält die innere Uhr die Krebserkrankung in Schach?

Charité-Wissenschaftler entdecken neuen krebsvorbeugenden Mechanismus

 

Foto: Pexels

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Berlin, 13.12.2017 Sie steuert unseren Schlaf, unser Appetitgefühl und unsere Temperatur – die biologische Uhr gibt unserem Körper den Takt vor. Doch welche Rolle spielt sie in der Behandlung von Krebs? Forscher der Charité – Universitätsmedizin Berlin fanden jetzt heraus, dass die innere Uhr die Zellvermehrung reduzieren kann. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift PLOS Biology* veröffentlicht.

In jeder menschlichen Zelle tickt eine eigene innere Uhr, die sogenannte zirkadiane Uhr, die einem 24-Stunden-Rhythmus folgt. Sie steuert beispielsweise Stoffwechselprozesse und die Zellteilung. Der zentrale Taktgeber für die einzelnen Uhren sitzt im Gehirn und wird durch den Wechsel von Licht und Dunkelheit beeinflusst und folgt einem Tag-Nacht-Rhythmus. Ist der Ablauf der inneren Uhr permanent gestört, können auch Stoffwechseltätigkeit und Zellteilung verändert werden. Der Mensch ist dann anfälliger für Krankheiten, wie beispielsweise Krebs.

Das Team um Privatdozentin Dr. Angela Relógio vom Molekularen Krebsforschungszentrum und Institut für Theoretische Biologie untersuchte das Zusammenspiel zwischen Uhr- und Zellzykluskomponenten und den dysregulierenden und hyperaktiven Effekten eines Proteins namens RAS, das bei etwa einem Viertel aller Krebserkrankungen verändert nachzuweisen ist. Die Wissenschaftler konzentrierten sich zudem auf zwei weitere Proteine (Ink4a und Arf), die bekannt dafür sind, Tumorerkrankungen zu unterdrücken. Im Zuge ihrer Forschungen konnten sie nachweisen, dass RAS, das für die Zellvermehrung verantwortlich ist, das Zusammenspiel von innerer Uhr und Zellzyklus beeinträchtigen kann. Dies geschieht über die Proteine (Ink4a und Arf), die sonst Krebs unterdrücken. Ihre Ergebnisse heben die bedeutende Rolle der inneren Uhr in ihrer Funktion als krebsvorbeugenden Mechanismus hervor. „Aufgrund unserer Ergebnisse im Zellmodel scheint es, dass die Uhr wahrscheinlich als Tumorsuppressor wirkt und dass es für Krebszellen von Vorteil ist, die zirkadiane Kontrolle zu umgehen“, erklärt die Krebsforscherin Relógio, deren Nachname auf Portugiesisch passenderweise Uhr bedeutet. „Man kann nicht aufhören, sich zu fragen, ob ein unterbrochenes zirkadianes Timing als nächstes potenzielles Kennzeichen von Krebs aufgenommen werden sollte“, ergänzt sie.

In ihren nächsten Schritten fokussieren sich die Wissenschaftler auf umfassende Studien in zellulären Modellen. Dabei wird die Behandlung mit verschieden Chemotherapeutika simuliert, um den Einfluss der biologischen Uhr auf die Behandlung noch weiter zu präzisieren. Die neuen Erkenntnisse unterstreichen bisher publizierte Chronotherapiestudien und die Relevanz der biologischen Uhr. Um maximale Behandlungsergebnisse zu erzielen, sollte die Krebstherapie überdacht und die individuelle innere Uhr eines Patienten im Rahmen der Therapie berücksichtigt werden.

*Rukeia El-Athman, Nikolai N. Genov, Jeannine Mazuch, Kaiyang Zhang, Yong Yu, Luise Fuhr, Mónica Abreu, Yin Li, Thomas Wallach, Achim Kramer, Clemens A. Schmitt, Angela Relógio. The Ink4a/Arf locus operates as a regulator of the circadian clock modulating RAS activity. Plos Biology. 2017 Dec. doi: 10.1371/journal.pbio.2002940.

Auch Bakterien haben Feinde

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Verteidigung um fast jeden Preis

Der Aufwand, den Bakterien für die Abwehr von Fressfeinden betreiben, ist so hoch, dass sie kaum noch in Nachkommen investieren können

Das räuberische Wimperntierchen Tetrahymena thermophila ernährt sich von Bakterien. © L. Becks


Das räuberische Wimperntierchen Tetrahymena thermophila ernährt sich von Bakterien.
© L. Becks

Auch Bakterien haben Feinde – im Wasser ernähren sich zum Beispiel einzellige Wimperntierchen, die sogenannten Ciliaten, mit Vorliebe von den Mikroben. Diese schützen sich mit diversen Tricks vor den Räubern, welche die Ciliaten wiederum auszuhebeln versuchen. So entsteht ein evolutionärer Wettlauf um die besten Verteidigungs- und Angriffswaffen. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Evolutionsbiologie in Plön zufolge bleibt Beutetieren wie den Bakterien langfristig nichts Anderes übrig, als die Schutzmechanismen aufrechtzuerhalten, selbst wenn der Aufwand dafür so hoch ist, dass sie kaum noch Nachkommen produzieren können.

Räuber und ihre Beute pflegen eine enge Beziehung zueinander: Verändert sich der eine, muss der andere dagegenhalten. Durch eine solche Koevolution und den damit einhergehenden Selektionsdruck kommt es zu einer wechselseitigen Anpassung der Arten.

Die Plöner Forscher um Lutz Becks haben in ihren Experimenten Bakterien und Wimperntierchen für viele Wochen zusammen gehalten und ihre Entwicklung verfolgt. Dabei haben sie beobachtet, dass sich die Mikroben vor der Gefräßigkeit der Ciliaten schützen, indem die normalerweise einzeln lebenden Bakterienzellen nach wenigen Tagen beginnen, in größeren Verbänden als schleimiger „Biofilm“ zu wachsen. So können sie von den Ciliaten nicht mehr so effektiv gefressen werden.

Teure Verteidigung

Solange die Wissenschaftler in ihren Versuchen und Computersimulationen nur den Bakterien Veränderungen erlaubten, konnten diese sich gut vor dem Gefressen werden schützen – und das mit überschaubarem Aufwand. Doch sobald sich auch die Wimperntierchen verändern durften, kam den Bakterien der Schutz teuer zu stehen: Sie produzierten dann nur noch wenige Nachkommen. „Die Feindabwehr ist also sehr kostspielig, denn je besser sich die Bakterien wappnen, umso schlechter vermehren sie sich“, sagt Becks.

Die Bakterien schaffen es demnach nicht, beides zugleich zu optimieren – ein typischer Fall eines evolutionären Kompromisses. Wie genau der Kompromiss ausfällt, hängt aber davon ab, ob sich der Räuber an die Abwehrmaßnahmen der Beute anpassen kann. Wenn ja, wird die Verteidigung für die Beute immer kostspieliger und für die Vermehrung bleibt kaum noch etwas übrig. Kann sich der Räuber dagegen nicht anpassen, muss sich die Beute weniger aufwendig zur Wehr setzen und kann mehr in die Nachkommenschaft investieren“, erklärt Becks.

Weniger Vielfalt

Die Forscher haben außerdem gezeigt, dass bei einem dynamischen Kompromiss die Vielfalt der Räuber abnimmt. Die Wimperntierchen entwickeln folglich weniger unterschiedliche Typen, um sich an Verbände und Biofilme der Bakterien anzupassen. „Das ist für die Beute natürlich günstig und könnte den Druck auf die Bakterien verringern“, so Becks.

Die Studie zeigt, dass mehr Vielfalt in der Beute überraschenderweise nicht immer mehr Vielfalt bei den Räubern bedeutet. Lutz Becks: „Entscheidend ist der Kosten und Nutzen von Merkmalen für die Beute und den Räuber. Wie unsere Experimente zeigen, können sich diese verschieben, je nachdem, ob die Räuber Zeit hatten, sich anzupassen oder nicht.“

Originalveröffentlichung

Weini Huang, Arne Traulsen, Benjamin Werner, Teppo Hiltunen, and Lutz Becks
Dynamical trade-offs arise from antagonistic coevolution and decrease intraspecific diversity.
Nature Communications; 12 December, 2017

Neuro-endokriner Reflex führt zu Infektionen

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Verbindung zwischen Nerven- und Immunsystem: Neuro-endokriner Reflex führt zu Infektionen

Neuroendokriner_Reflex_5b3a1a342fWissenschaftler der Charité – Universitätsmedizin Berlin konnten in Kooperation mit dem Deutschen Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE), der Harvard Medical School in Boston und der Ohio State University in Columbus zeigen, dass die erhöhte Infektionsrate nach Rückenmarksverletzungen durch eine direkte Fehlsteuerung des geschädigten Nervensystems verursacht wird. Über einen neu entdeckten Reflexbogen kommt es zu einer gestörten Hormonfreisetzung in der Nebenniere, die die Abwehrkräfte des Organismus gegenüber Bakterien schwächt. Die in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins Nature Neuroscience veröffentlichten Ergebnisse sind wegweisend für die Entwicklung neuer Therapieansätze zur Reduktion von Infektionen.

Nach Verletzungen des Gehirns oder des Rückenmarks, beispielsweise durch einen Schlaganfall oder Unfall, kommt es zu einer bedeutenden Schwächung des Immunsystems, die häufig zu schweren Infektionen wie Lungenentzündungen oder Harnwegsinfekten führt. Dies wiederum erschwert die Regeneration des verletzen Nervengewebes und die Rehabilitation der betroffenen Patienten. Wie genau die Verletzung des Nervensystems zu den Infektionen führt und welche physiologischen Parameter verantwortlich sind, ist bisher nur sehr ungenau verstanden. Das Forscherteam um Privatdozent Dr. Harald Prüß von der Klinik für Neurologie der Charité und dem DZNE Berlin und um Prof. Dr. Dr. Jan M. Schwab, Leiter der Abteilung für Neuroparaplegiologie der Charité, konnten diesen Ablauf nun erstmalig entschlüsseln.

„Ausgangspunkt unserer Studie war die Vermutung, dass aus dem Rückenmark kommende Nervenbahnen einen direkten Einfluss auf die Funktion von Immunorganen wie Lymphknoten oder Milz haben“, erklärt Privatdozent Dr. Prüß. Er fügt hinzu: „Zu unserer Überraschung zeigte sich jedoch, dass diese direkte Ansteuerung nicht für die Fehlfunktion der Immunorgane verantwortlich ist und es stattdessen zu einer immunologischen Fehlsteuerung kommt, die den gesamten Körper betrifft.“

Die Wissenschaftler wiesen nach, dass das Nervensystem über die Hormonproduktion der Nebenniere einen indirekten Kommunikationsweg nutzt, der zu einem starken Abbau vieler Immunzellen führt. Im gesunden Organismus werden die Nebennieren vom Nervensystem sowie von übergeordneten Hormonzentren kontrolliert. Man ging bisher davon aus, dass eine Verletzung des Zentralnervensystems über die Hormonachse zur Freisetzung von Kortison in der Nebenniere führt, während eine traumabedingte Stressreaktion die Ausschüttung der Nebennieren-Hormone Adrenalin und Noradrenalin verursacht. „Unsere Daten zeigen, dass die Fehlfunktion der Nebenniere unter direkter Kontrolle des verletzten Nervengewebes steht“, ergänzt der Wissenschaftler und Neurologe. Dadurch komme es im Gegensatz zur gängigen Lehrmeinung infolge einer traumatischen Rückenmarkverletzung sogar zunächst zu einem Abfall der Stresshormone und zu einer gesteigerten Kortisonproduktion.

Die veränderten Hormonspiegel führten zu einem dramatischen Abbau vieler Immunzellen, insbesondere von Vorläuferzellen der T- und B-Zell-Reihen. Dadurch schrumpften Milz, Thymus oder Lymphknoten um teilweise 50 bis 80 Prozent ihrer Größe. Durch eine experimentelle Ausschaltung der Nebennieren ließ sich dieser massive Verlust von Immunzellen umkehren, allerdings waren die untersuchten Mäuse weiterhin anfällig für Infektionen. Wurde diesen Tieren hingegen Nebennieren-Gewebe auto-transplantiert, waren sie vor Infektionen geschützt. Die Nebennieren-Transplantate produzieren dabei die für den Körper notwendigen Hormone, stehen aber nicht mehr unter der dysfunktionalen Kontrolle des Nervensystems, wie sie sich sonst nach einer hohen Rückenmarkverletzung ausbildet.

Die Identifikation dieses zweiteiligen pathologischen Reflexbogens per Nervenbahnen vom Rückenmark zur Nebenniere und von dort über Hormonsignale zum Immunsystem, vertieft das Verständnis der Schnittstellen zwischen Nervensystem und Immunsystem fundamental. Die Entdeckung der Immunparalyse und der ihr zugrundeliegenden Mechanismen ist ein wichtiger Schritt hin zu einer besseren Behandlung von rückenmarkverletzten Patienten. Querschnittgelähmte Patienten leiden somit nicht nur an den offensichtlichen Lähmungen von Motorik und Sensibilität, sondern auch einer Lähmung des Immunsystems.

„In der Tat konnten umfassende Analysen der Kortison- und (Nor)Adrenalin-Spiegel bei Patienten zeigen, dass sie sich nach einer akuten Rückenmarkverletzung grundsätzlich ähnlich verhalten wie in den experimentellen Arbeiten“, erklärt Prof. Schwab. Damit könnte die therapeutische Normalisierung dieses neuro-endokrinen Reflexes eine wirksame Strategie sein, um die teils lebensbedrohlichen Infektionen nach einer Verletzung des Zentralnervensystems in den Griff zu bekommen.

*Harald Prüss, Andrea Tedeschi, Aude Thiriot, Lydia Lynch, Scott M. Loughhead, Susanne Stutte, Irina B. Mazo, Marcel A. Kopp, Benedikt Brommer, Christian Blex, Laura-Christin Geurtz, Thomas Liebscher, Andreas Niedeggen, Ulrich Dirnagl, Frank Bradke, Magdalena S. Volz, Michael J. DeVivo, Yuying Chen, Ulrich H. von Andrian, Jan M. Schwab (2017). Spinal cord injury-induced immunodeficiency is mediated by a sympathetic-neuroendocrine adrenal reflex, Nature Neuroscience. doi: 10.1038/nn.4643

Gehirnregion vermittelt Genuss am Essen

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Nervenzellen der Amygdala verbinden Nahrungsaufnahme mit Belohnung

Nahrung dem Körper zuzuführen ist überlebenswichtig. Doch auch gesättigt kann es sich gut anfühlen etwas zu essen. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Neurobiologie in Martinsried und des Friedrich Miescher Instituts in Basel haben nun einen Nervenzelltyp im Mandelkern des Gehirns charakterisiert, der bei Mäusen die Nahrungsaufnahme mit positivem Empfinden verbindet. Hatten sie die Wahl, entschieden sich die Tiere diese Nervenzellen im Mandelkern des Gehirns zu aktivieren. Künstliche Aktivierung dieser Nervenzellen erhöhte die Nahrungsaufnahme der Tiere, auch wenn diese nicht hungrig waren. Die Neurobiologen zeigen die neuronale Verschaltung, die diesem Verhalten zu Grunde liegt, und eröffnen die Möglichkeit, dass es auch im menschlichen Gehirn Zellen mit ähnlicher Funktion gibt.

Nervenzellen vom Typ HTR2a in der Amygdala der Maus sind während des Essens aktiv (Ausschläge in den Aktivitätskurven), wodurch die Nahrungsaufnahme gefördert wird. Die Aktivitätskurven einzelner Nervenzellen sind in verschiedenen Farben dargestellt. © MPI für Neurobiologie / Douglass & Kucukdereli

Die Amygdala, oder Mandelkern, des Gehirns spielt eine entscheidende Rolle bei emotionalen Reaktionen, der Entscheidungsfindung und der Assoziation von Ereignissen zum Beispiel mit Angst oder Freude. Dass diese Hirnregion auch etwas mit Nahrungsaufnahme zu tun hat, ist erst seit wenigen Jahren bekannt. Wissenschaftler des California Institute of Technology zeigten, dass die Aktivierung bestimmter Nervenzellen der Amygdala (bekannt als PKC-delta Zellen) Mäuse dazu brachte, das Fressen einzustellen. „Wenn die Tiere zum Beispiel etwas Verdorbenes fressen, bringen diese Zellen sie dazu, das Fressen schnellst möglichst einzustellen“, erklärt Rüdiger Klein, Direktor am Max-Planck-Institut für Neurobiologie. „Diese Studie zu den ‚Magersuchtneuronen‘ der Amygdala hat mich fasziniert“, so Klein. „Als dann drei Doktoranden mit ganz unterschiedlichen methodischen Hintergründen zu mir kamen, habe ich ihnen das Amygdala Projekt ans Herz gelegt. Sie sollten herausfinden, ob es in der Amygdala auch Nervenzellen gibt, die die Nahrungsaufnahme positiv beeinflussen.“ Mit dieser Aufgabe konzentrierten sich die Wissenschaftler auf einen möglichen Kandidaten: Nervenzellen des Typs HTR2a.

Mit ihren Schwerpunkten in Verhaltensbiologie, Elektrophysiologie und Anatomie analysierten die drei Doktoranden die Funktion der HTR2a-Zellen aus verschiedenen Blickwinkeln. „Das war ein echtes Kooperationsprojekt“, berichtet Amelia Douglass, eine der drei Erstautoren der Studie. „Wir haben uns immer wieder zusammengesetzt, sind Ergebnisse durchgegangen und haben darauf aufbauend neue Methoden angewandt.“ So entdeckten die jungen Wissenschaftler nach und nach die Aufgaben und Verschaltung der bis dahin unerforschten HTR2a-Zellen. „Zusammengefasst haben wir gezeigt, dass die HTR2a-Zellen die Nahrungsaufnahme bei Mäusen positiv beeinflusst, und dass die Tiere es mögen, wenn diese Zellen aktiv sind“, so Amelia Douglass.

Die künstliche Aktivierung der HTR2a-Zellen des Mandelkerns hatte auch den Effekt, dass die Tiere länger fraßen – dieser Effekt war besonders ausgeprägt, wenn die Mäuse satt waren. In einem anderen Versuchsaufbau konnten die Mäuse die HTR2a-Zellen durch einen Lichtleiter selbst aktivieren, indem sie mit ihrer Schnauze einen Lichtschalter betätigten. „Es war ganz eindeutig, dass die Tiere aktive HTR2a-Zellen mochten, denn sie waren vom Lichtschalter kaum noch wegzubekommen“, so Hakan Kucukdereli, der zweite Erstautor. „Als wir spezifisch die HTR2a-Zellen ausschalteten oder am Feuern hinderten, fraßen die Mäuse immer noch regelmäßig und nahmen unterm Strich auch nicht an Gewicht ab aber sie schienen die Lust am Essen verloren zu haben.“ So fraßen die Tiere immer nur eine kurze Zeit, selbst wenn sie etwas besonders Leckeres bekamen oder hungrig waren.

Zusammen mit ihren Kollegen vom Friedrich Miescher Institut in Basel konnte das Team zeigen, dass die Aktivität der HTR2a-Zellen erst dann ansteigt, wenn die Tiere zu fressen beginnen, und nicht bereits wenn die Tiere signalisiert bekommen, dass die Futterausgabe unmittelbar bevorsteht. Die Ergebnisse lassen darauf schließen, dass die HTR2a-Zellen anhaltende Nahrungsaufnahme fördern, indem sie den Wert der Nahrung wie Geschmack und Appetitlichkeit positiv beeinflussen. Wie wichtig die HTR2a-Zellen für die positive Bewertung von Nahrungseigenschaften sind, zeigte auch ein weiterer Versuch: Allein durch das Aktivieren der HTR2a-Zellen konnten die Forscher die Tiere so konditionieren, dass sie einen zuvor wenig beliebten Geschmack bevorzugten.

HTR2a-Zellen scheinen also den „Wert“ der Nahrung zu erhöhen. In ihrer Netzwerkanalyse zeigten die Wissenschaftler, dass die HTR2a-Zellen über Synapsen mit den benachbarten PKC-Delta-Zellen verbunden sind und sich die beiden Zelltypen gegenseitig hemmen. Die Neurobiologen gehen davon aus, dass beide Zelltypen Teil eines Regelmechanismus sind. „Frisst ein Tier etwas Schlechtes, werden die PKC-Delta-Zellen aktiv, dadurch die HTR2a-Zellen gehemmt und die Nahrungsaufnahme eingestellt“, berichtet Marion Ponserre, die dritte Erstautorin. „Frisst das Tier dagegen etwas Leckeres, werden die HTR2a-Zellen aktiv, dadurch die PKC-Delta-Zellen gehemmt, und die Nahrungsaufnahme wird mit Belohnung gekoppelt.“ „Unsere Ergebnisse legen diese Zusammenhänge nahe, doch es gibt auch noch eine ganze Reihe ungeklärter Fragen“, so Rüdiger Klein. „Wir haben hier auf jeden Fall einen guten Ausgangspunkt um Verbindungen zwischen Nahrungsaufnahme, emotionalen Zuständen und dem Belohnungssystem zu untersuchen.“ Zudem vermuten die Forscher, dass Fehlfunktionen in diesen Amygdala-Schaltkreisen zu extremem Essverhalten führen könnte. „Es ist wahrscheinlich, dass es im menschlichen Gehirn ähnliche Zellen und Schaltkreise gibt, sodass dies vielleicht auch ein Forschungsansatz zur Hilfe für Menschen mit entsprechendem krankhaften Essverhalten sein könnte.“

Schmerzmedikamente ohne gefährliche Nebenwirkungen

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Charité-Wissenschaftler entdecken neues Wirkprinzip

Berlin, 02.03.2017 Wissenschaftler der Charité – Universitätsmedizin Berlin haben einen neuen Weg zur Entwicklung von Schmerzmedikamenten gefunden. Anhand von Computersimulation konnte das Forscherteam Interaktionen an Opioidrezeptoren, den Andockstellen für Schmerzmedikamente, analysieren. Im Tiermodell ermöglichte der Prototyp eines morphinähnlichen Moleküls tatsächlich eine starke Schmerzstillung in entzündetem Gewebe. Gesundes Gewebe reagierte hingegen nicht auf den Wirkstoff. Schwerwiegende Nebenwirkungen, wie bislang bei Opioiden bekannt, können so vermieden werden, berichten die Forscher im aktuellen Fachmagazin Science*.

Opioide sind starke schmerzstillende Substanzen. Sie kommen insbesondere bei Schmerzen durch Gewebeverletzungen und Entzündungen, beispielsweise nach Operationen, Nervenverletzungen, Arthritis oder Tumorerkrankungen, zum Einsatz. Häufige Nebenwirkungen können dabei Benommenheit, Übelkeit, Verstopfung und Sucht, in einigen Fällen sogar Atemstillstand sein. „Wir sind davon ausgegangen, dass die Analyse der Interaktionen zwischen Wirkstoffen und Opioidrezeptoren in verletztem Gewebe, im Gegensatz zu gesundem Gewebe, zum Design von neuen Schmerzmitteln ohne schädliche Nebenwirkungen genutzt werden kann“, erklärt Prof. Dr. Christoph Stein, Direktor der Klinik für Anästhesiologie mit Schwerpunkt operative Intensivmedizin am Campus Benjamin Franklin den neuen Ansatz. Durch innovative Computersimulation in Zusammenarbeit mit Privatdozent Dr. Marcus Weber vom Zuse-Institut Berlin konnten die Forscher morphinähnliche Moleküle und deren Interaktion mit Opioidrezeptoren analysieren. Dabei ist es ihnen gelungen, einen neuen Wirkmechanismus zu identifizieren, der eine Schmerzstillung ausschließlich in entzündetem Gewebe, also dem erwünschten Zielort, erzielt.

Postoperativer Schmerz und chronischer Entzündungsschmerz ließe sich auf diese Weise ohne Nebenwirkungen behandeln und die Lebensqualität von Patienten entscheidend verbessern. „Im Gegensatz zu konventionellen Opioiden zeigt unser Prototyp NFEPP eine Bindung und Aktivierung von Opioidrezeptoren ausschließlich in saurem Milieu und hemmt somit Schmerz nur in verletztem Gewebe, ohne Atemdepression, Benommenheit, Suchtpotenzial oder Verstopfung hervorzurufen“, so Dr. Viola Spahn und Dr. Giovanna Del Vecchio, Erstautorinnen der Studie. Der Wirkstoff-Prototyp NFEPP ist von den Wissenschaftlern entworfen, synthetisiert und experimentell getestet worden. Unter anderem in Computermodellen wurde eine erhöhte Protonenkonzentration, also eine Ansäuerung wie im Fall einer Entzündung, simuliert. „Es hat sich gezeigt, dass die Protonierung von Wirkstoffen eine entscheidende Voraussetzung für die Aktivierung von Opioidrezeptoren ist“, resümieren die Autoren. Eine Erkenntnis, die auf andere Schmerzarten ebenso übertragen werden könnte. Anwendungen in weiteren Gebieten der Rezeptorforschung sind gleichfalls denkbar, so dass nicht nur Schmerzmittel, sondern auch andere Therapeutika wirksamer und verträglicher werden könnten.

*V. Spahn, G. Del Vecchio, D. Labuz, A. Rodriguez-Gaztelumendi, N. Massaly, J. Temp, V. Durmaz, P. Sabri, M. Reidelbach, H. Machelska, M. Weber, C. Stein. A nontoxic pain killer designed by modeling of pathological receptor conformations. Science. 2017 March 3. doi: 10.1126/science.aai8636.

Schaukasten zur Brain Awareness Week 2017

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Vom 13. bis zum 15. März .2017 wird eine Ausstellung zu den Neurowissenschaften in der Freiburger Universitätsbibliothek gezeigt

Schaukasten zur Brain Awareness Week 2017

Die Forschung zum menschlichen Gehirn wird kontrovers diskutiert. Aber welchen Nutzen hat sie wirklich? Bei einer weltweiten Aktionswoche, die auf neurowissenschaftliche Themen aufmerksam machen will, zeigen das Exzellenzcluster BrainLinks-BrainTools und das Bernstein Center Freiburg in der Universitätsbibliothek Freiburg einen Schaukasten zum aktuellen Forschungsstand. Auf zwei Stockwerken erhalten die Besucherinnen und Besucher an verschiedenen interaktiven Stationen einen Einblick in den Arbeitsalltag von Freiburger Neurowissenschaftlerinnen und -wissenschaftlern.

  • Was: Ausstellung
  • Wann:
    13.03.2017,10:30-16:00 Uhr
    14.03.2017, 9:30-16:00 Uhr
    15.03.2017, 9:30-21:00 Uhr
  • Wo:
    Foyer (EG) und Konferenzraum (1.OG)
    Universitätsbibliothek Freiburg
    Platz der Universität 2
    79098 Freiburg
  • Die Veranstaltung richtet sich an alle Interessierten.
  • Veranstalter: BrainLinks-BrainTools und Bernstein Center Freiburg
  • Der Eintritt ist frei.

Warum wir alt aussehen – oder eben nicht

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Dem Alter kann man kein Schnippchen schlagen

Menschen altern unterschiedlich: Der eine bemerkte schon im Studium das erste graue Haar, der andere wirkt noch als Rentner jugendlich-sportlich. Doch was sind die Gründe dafür? Wie lässt sich das biologische Alter einer Person bestimmen und welche Rückschlüsse ergeben sich daraus für den weiteren Alterungsprozess? Um den Antworten auf diese Fragen näher zu kommen, hat Professor Dr. Alexander Bürkle fünf Jahre lang die Gesundheitsdaten von 3.300 Probanden im Alter von 35 bis 74 Jahren protokolliert. Ein Datenschatz, der noch unter vielen anderen Gesichtspunkten Erkenntnisse liefern wird. In drei Jahren wissen wir mehr – so hoffen die Wissenschaftler.

„Um wahrzunehmen, dass Menschen unterschiedlich altern, muss man kein Wissenschaftler sein“, so Professor Bürkle. Jeder kenne aus seinem Bekanntenkreis Männer oder Frauen, denen man ihr kalendarisches Alter nicht ansehe. „Kürzlich war ich beim Klassentreffen zur Feier von 40 Jahren Abitur. Dort traf ich einige Schulkameraden, die deutlich älter wirkten. Es gab aber auch eine Mitschülerin, die man für zehn bis 15 Jahre jünger gehalten hätte.“ Warum nur? Was ist der Jungbrunnen? Was lässt andersherum einen Menschen rasant altern? Diese Fragen beschäftigen Bürkle, der Molekulare Toxikologie im Fachbereich Biologie an der Universität Konstanz lehrt, seit vielen Jahren. Was er mit Sicherheit sagen kann: „Man kann dem Alter kein Schnippchen schlagen bezüglich Gesundheit und kognitiver Fähigkeiten!“

Rund 400 Biomarker auf Aussagekraft untersucht

Woran es aber liegt, dass einige bis ins hohe Alter rege und von gravierenden Krankheiten verschont bleiben, während andere schon in mittleren Jahren deutlich verbraucht wirken – hierauf hat die Forschung bisher keine eindeutigen Antworten gefunden. Einzelne Biomarker, die Auskunft über das tatsächliche biologische Alter einer Person und ihren weiteren Alterungsprozesses geben könnten, erwiesen sich in der Vergangenheit als nicht haltbar.

Dies könnte sich jetzt ändern! Gefördert von der EU-Kommission, haben sich 26 Arbeitsgruppen aus 14 Ländern an der multizentrischen Studie MARK-AGE beteiligt. Fünf Jahre lang wurden die Gesundheitsdaten von rund 3.300 Probanden im Alter von 35 bis 74 Jahren protokolliert.

Besonders spannend: Unter den Teilnehmern befanden sich die Nachkommen von Personen, die zuvor an dem so genannten GEHA-Projekt (Genetics of Healthy Aging) beteiligt waren. Damalige Probanden mussten mindestens 90 Jahre alt und überdurchschnittlich gesund sein sowie Geschwister vorweisen, die gleichermaßen langlebig und fit waren. „Uns interessierte, ob man bei diesen ‚genetisch begünstigten‘ Menschen schon im mittleren Lebensalter eine Verlangsamung des Alternsprozesses feststellen kann“, so Bürkle. „Denn es deutet alles darauf hin, dass Altern eine Mischung aus Genetik und Umwelteinflüssen ist.“

Knapp drei Jahre dauerte die Erstauswertung der Daten bisher. Rund 400 Biomarker wurden auf ihre Aussagekraft geprüft. Die zehn relevantesten wird Professor Bürkle auf dem größten deutschsprachigen Kongress für Altersmedizin in Stuttgart Anfang September vorstellen. Bis dahin will er noch nichts zu den Ergebnissen der Studie verraten. „Aber das ist nur der Anfang“, ist er überzeugt. „Das ist ein Datenschatz, der noch unter vielen anderen Gesichtspunkten Erkenntnisse liefern wird.“

Zur Person:

Prof. Dr. Alexander Bürkle

Prof. Dr. Alexander Bürkle

Prof. Dr. Alexander Bürkle studierte Medizin an der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, wo er auch promovierte. Von 1984 bis 2000 war er am Deutschen Krebsforschungszentrum Heidelberg tätig. Die Habilitation erfolgte 1995 an der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg. Von 2000 bis 2002 war er Senior Lecturer am Department of Gerontology an der University of Newcastle upon Tyne in Großbritannien. Seit 2002 lehrt er Molekulare Toxikologie im Fachbereich Biologie an der Universität Konstanz.
Bürkle ist unter anderem Vorstandsmitglied der Deutschen Gesellschaft für Toxikologie und Mitglied des Fachkollegiums Medizin der Deutschen Forschungsgemeinschaft. 2011 wurde er mit dem GT-Toxicology-Preis für seine Forschung zur biochemischen Wirkung des Enzyms „Poly[ADP-Ribose]Polymerase“ (PARP), das die Erbgutreparatur beeinflusst, ausgezeichnet.

Die Deutsche Gesellschaft für Geriatrie (DGG) ist die wissenschaftliche Fachgesellschaft der Ärzte, die sich auf die Medizin der späten Lebensphase spezialisiert haben. Sie wurde 1985 gegründet und hat augenblicklich rund 1.700 Mitglieder.
Die Deutsche Gesellschaft für Gerontologie und Geriatrie (DGGG) unterstützt Gerontologen und Geriater aktiv in der Alternsforschung und alle in diesem Arbeitsfeld beteiligten Berufsgruppen bei der praktischen Umsetzung der Ergebnisse.

Herausgeber:
Deutsche Gesellschaft für Geriatrie e.V., Kunibertskloster 11–13, 50668 Köln – vertreten durch den Kongresspräsidenten Prof. Dr. Jürgen M. Bauer
Deutsche Gesellschaft für Gerontologie und Geriatrie, Seumestr. 8, 10245 Berlin – vertreten durch die Kongresspräsidentin Prof. Dr. Susanne Zank
Key Visual erstellt unter Verwendung eines Bildes von Werner Dieterich, Stuttgart-Marketing GmbH.

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Jahreskongress der DGG (Deutsche Gesellschaft für Geriatrie) und der DGGG (Deutsche Gesellschaft für Gerontologie und Geriatrie) in Stuttgart

7. bis 10. September 2016

Prof. Dr. Alexander Bürkle
Keynote-Lecture: „Die Messung des biologischen Alters beim Menschen – Ergebnisse des EU FP7 Projektes MARK-AGE “
Vortragssprache: Deutsch
Freitag, 09.09.2016
09.45 – 10.30 Uhr
Haus der Wirtschaft (Bertha-Benz-Saal)

Wie Giftstoffe zelluläre Wegweiser aktivieren

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Ein Durchfallerreger verändert die Oberfläche von Darmzellen so, dass sich Bakterien besser ansiedeln können

Bakterielle Giftstoffe bilden Zellausläufer und benutzen dabei Septine als Wegweiser. Bild: Carsten Schwan

Bakterielle Giftstoffe bilden Zellausläufer und benutzen dabei Septine als Wegweiser. Bild: Carsten Schwan

Die Einnahme von Antibiotika schädigt oft die natürliche Darmflora. Diese kann infolgedessen krankmachende Keime nicht mehr in Schach halten; Durchfall und Darmentzündungen können entstehen. Zu den Erregern gehört der Keim Clostridium difficile, der Darmzellen durch Giftstoffe angreift. Das Bakterium bewirkt unter anderem, dass sich ein feines Netzwerk aus Zellausläufern auf der Oberfläche von Darmzellen bildet, wodurch sich weitere Bakterien besser ansiedeln können. Die Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Dr. Klaus Aktories und Dr. Carsten Schwan vom Pharmakologischen Institut der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg hat gezeigt, wie der Giftstoff CDT von C. difficile-Bakterien diese Zellausläufer bildet. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben ihre Forschungsergebnisse in der Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences“ (PNAS) veröffentlicht. „Indem wir das CDT-Toxin untersuchen, können wir besser verstehen, wie Darmentzündungen durch die Krankheitserreger entstehen und sich entwickeln“, sagt Aktories. „Zudem können wir grundlegende physiologische Prozesse aufklären, indem wir das Toxin als Werkzeug nutzen.“

Besonders angriffslustige Bakterien der Spezies C. difficile stellen Gifte her, die das Zellgerüst von Darmzellen zerstören. Dadurch werden Kontakte zwischen Darmzellen und ihre Schrankenfunktionen gehemmt, was zu  typischen Durchfällen und Entzündungen führt. Zwei wichtige Bestandteile des Zellgerüstes sind Aktin und Mikrotubuli, die eine zentrale Rolle bei der Erhaltung der Zellform, der Schrankenfunktion und bei zellulären Bewegungsvorgängen spielen. Das CDT-Toxin von C. difficile verändert Aktin und blockiert dadurch dessen Kettenbildung, was seine normale Funktion stört. Eine Folge davon ist, dass sich Mikrotubuli-Ketten leichter bilden und derart vermehren, dass zahlreiche Zellausläufer entstehen. Diese bilden ein Netzwerk auf der Darmzell-Oberfläche und fördern den Kontakt der Bakterien mit der Wirtszelle.

Wie CDT diese Zellausläufer bildet, war bislang nicht bekannt. Die Freiburger Wissenschaftler haben gezeigt, dass der Einfluss des Giftstoffes auf das Zusammenspiel der beiden Gerüstproteine Aktin und Tubulin von einem dritten Baustein abhängt, den Septinen. In einer menschlichen Zelle gibt es bis zu 13 verschiedene Septine, die miteinander wechselwirken und sich zu Ketten, Ringen oder Bändern verbinden können. Dieser Prozess nennt sich Polymerisation. CDT verändert das Aktin so, dass die Septine nicht mehr an Aktin binden können und stattdessen an die Zellmembran wandern. Hier bilden sie trichterartige Septinpolymere, die in die Mikrotubuli – röhrenförmige Proteinstrukturen – hineinwachsen. Septine stehen mit der Spitze von wachsenden Mikrotubuli in direkter Wechselwirkung und funktionieren so als ein Wegweiser für das Wachstum dieser Strukturen.

Die Untersuchungen der Freiburger Arbeitsgruppe ermöglichen darüber hinaus Einblicke in die Entstehung der Septin-Trichter. Die Proteine Cdc42 und Borg regulieren den Transport der Septine an die Membranen und sind eine Voraussetzung dafür, dass sich die Trichter bilden. Eine ähnliche Funktion wie bei der Ausläuferbildung, die das Toxin CDT bewirkt, haben Septine im Nervensystem des Menschen bei der Bildung von Nervenausläufern, den Neuriten. Auch hier kommt es zu einem Zusammenspiel von Aktin, Mikrotubuli und Septinen, wobei mikroskopisch ähnliche Strukturen gebildet werden. Die Untersuchung des Toxins gibt daher Aufschluss über grundlegende Abläufe im menschlichen Körper.

Klaus Aktories ist Direktor der Abteilung I am Institut für Experimentelle und Klinische Pharmakologie und Toxikologie der Albert-Ludwigs-Universität sowie Mitglied des Freiburger Exzellenzclusters BIOSS Centre for Biological Signalling Studies. Carsten Schwan ist wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Arbeitsgruppe von Aktories.

Originalpublikationen:
Thilo Nölke, Carsten Schwan, Friederike Lehmann, Kristine Østevold, Olivier C. Pertz, and Klaus Aktories (2016). Septins guide microtubule protrusions induced by actin-depolymerizing toxins like Clostridium difficile transferase CDT. PNAS. DOI: 10.1073/pnas.1522717113