Archiv der Kategorie: Wissenschaft

Is There a Link Between Oral Health and the Rate of Cognitive Decline?

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Better oral hygiene and regular dental visits may play a role in slowing cognitive decline as people age, although evidence is not definitive enough to suggest that one causes the other. The findings, published in the Journal of the American Geriatrics Society, come from the first systematic review of studies focused on oral health and cognition—two important areas of research as the older adult population continues to grow, with some 36% of people over age 70 already living with cognitive impairments.

Researchers have questioned whether an association exists between oral health and cognitive status for older adults. “Clinical evidence suggests that the frequency of oral health problems increases significantly in cognitively impaired older people, particularly those with dementia,” said Bei Wu, PhD, of Duke University’s School of Nursing in Durham, NC. “In addition, many of the factors associated with poor oral health—such as poor nutrition and systemic diseases like diabetes and cardiovascular disease—are also associated with poor cognitive function.”
To look for a link between oral health and cognitive status, Dr. Wu and her colleagues analyzed relevant cross-sectional (data collected at one specific point in time) and longitudinal (data collected over an extended period of time) studies published between 1993 and 2013.

Some studies found that oral health measures such as the number of teeth, the number of cavities, and the presence of periodontal disease (also known as “gum disease”) were associated with an increased risk of cognitive decline or dementia, while others studies were unable to confirm any association. Researchers were also quick to note that findings based on the number of teeth or cavities are conflicting, and limited studies suggest that periodontal conditions such as gingivitis are associated with poorer cognitive status or cognitive decline.

“There is not enough evidence to date to conclude that a causal association exists between cognitive function and oral health,” said Dr. Wu. “For future research, we recommend that investigators gather data from larger and more population representative samples, use standard cognitive assessments and oral health measures, and use more sophisticated data analyses.”

Access the full study on the Wiley Press Room here. (To access PDFs and embargoed stories you must be logged in to the Press Room before clicking the link. Request a login here.)
Full citation: ”Association Between Oral Health and Cognitive Status: A Systematic Review.” Bei Wu, Gerda G. Fillenbaum, Brenda L. Plassman, and Liang Guo. Journal of the American Geriatrics Society; Published Online: April 1, 2016 (DOI: 10.1111/jgs.14036).

URL Upon Publication: http://doi.wiley.com/10.1111/jgs.14036

Author Contact: Michael Evans, director of the communication office at Duke University’s School of Nursing, at michael.evans2@duke.edu.

About the Journal
The Journal of the American Geriatrics Society is a comprehensive and reliable source of monthly research and information about common diseases and disorders of older adults. For more information, please visit http://wileyonlinelibrary.com/journal/jgs.

About the American Geriatrics Society
Founded in 1942, the American Geriatrics Society (AGS) is a nationwide, not-for-profit society of geriatrics healthcare professionals dedicated to improving the health, independence, and quality of life of older people. Its nearly 6,000 members include geriatricians, geriatric nurses, social workers, family practitioners, physician assistants, consulting pharmacists, and internists. The AGS and its Health in Aging Foundation provide leadership to healthcare professionals, policymakers, and the public by implementing and advocating for programs in patient care, research, professional and public education, and public policy. For more information, visit americangeriatrics.org and www.healthinaging.org.
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Hirnstimulation zur Behandlung von Parkinson

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Geschlossener Regelkreis, geringere Nebenwirkung

Anpassungsfähige Stimulation könnte Patienten mit neurologischen Erkrankungen wie Parkinson deutlich entlasten

Gehirnaktivität

Ein Gerät zeichnet die Gehirnaktivität eines Patienten auf und passt dadurch die Stärke der Stimulation an dessen individuelle Bedürfnisse an. Quelle: Gunnar Grah/BrainLinks-Braintools

Könnten beim Einsatz tiefer Hirnstimulation zur Behandlung von Parkinson potenzielle Nebenwirkungen mithilfe eines so genannten geschlossenen Regelkreises vermieden werden, der sich individuell an die Symptome der Patientin oder des Patienten anpasst? Mit dieser Frage beschäftigen sich der Neurowissenschaftler Dr. Ioannis Vlachos und seine Kollegen Taskin Deniz, Prof. Dr. Arvind Kumar und Prof. Dr. Ad Aertsen in einer aktuellen Studie, die in der Fachzeitschrift „PLoS Computational Biology“ erschienen ist.

Der Ansatz der Wissenschaftler des Bernstein Centers Freiburg und des Exzellenzclusters BrainLinks-BrainTools an der Albert-Ludwigs-Universität könnte die Entwicklung neuer Methoden bei der Behandlung von Parkinson um einen entscheidenden Schritt voranbringen: „Es gibt derzeit nur zwei etablierte Therapieansätze bei dieser Erkrankung. Entweder man verabreicht Medikamente oder man wendet die Tiefenhirnstimulation an“, erklärt Vlachos. Bei der letzteren wird eine Elektrode in das Gehirn des Patienten implantiert, die kontinuierlich Stimulationssignale aussendet. Das bezeichnen Forscherinnen und Forscher als offenen Regelkreis. „Im Prinzip funktioniert diese Methode ähnlich wie ein Herzschrittmacher“, sagt Vlachos. Die Symptome von Parkinson sind jedoch nicht konstant. Den Freiburger Wissenschaftlern zufolge sei es deswegen nicht effizient, durchgehend mit demselben Signal zu stimulieren.

„Beim geschlossenen Regelkreis passt die Elektrode die Stimulation an die momentanen Symptome des Patienten an. Wir hoffen, damit mögliche Nebenwirkungen wie Gang- oder Sprachstörungen zu vermeiden, die bei der konventionellen Behandlung mit Tiefenhirnstimulation entstehen können“, erläutert Vlachos.

Bei dem neuen Ansatz wird die Gehirnaktivität aufgezeichnet und an ein neuroprothetisches Gerät übermittelt. Das Stimulationssignal kann dadurch kontinuierlich angepasst werden. Das Steuergerät überwacht pausenlos jene Gehirnaktivitäten, die eine Parkinson’sche Erkrankung auszeichnen. Die gewonnenen Daten bestimmen die Intensität der Stimulation. Ist eine stärkere Stimulation notwendig, sendet das Gerät stärkere Signale aus. Nimmt die Aktivität ab, wird auch das Signal schwächer. Sind die Gehirnaktivitäten normal, bleibt das Gerät inaktiv. „Dies sorgt darüber hinaus für eine längere Lebensdauer der Batterie sowie für größere Wartungsintervalle und erhöht so die Lebensqualität der Patienten“, berichtet der Forscher.

Auch bei der Behandlung anderer Erkrankungen des Gehirns wie Epilepsie oder Schizophrenie könnte der Ansatz Anwendung finden. Zudem halten die Forscher die Entwicklung von Methoden für möglich, die ohne Implantat auskommen, etwa die transkranielle Stimulation. Dabei wird das Gehirn von außen stimuliert, ohne dass es notwendig ist, ein Loch in den Schädel zu bohren und eine Elektrode in das Gehirn einzusetzen.

Die Methode könnte laut Vlachos auch neue Erkenntnisse zu grundsätzlichen neurowissenschaftlichen Fragen ermöglichen: „Wenn beispielsweise Tiere ihre Aufmerksamkeit auf einen bestimmten Reiz richten, erhöhen sich die Oszillationen in der Hirnaktivität. Mithilfe unseres Verfahrens können wir die Stärke dieser Schwingungen verändern und somit überprüfen, ob und wie die Aufmerksamkeit durch solche Oszillationen des Netzwerkes beeinflusst wird.“ Nachdem nun Computersimulationen erste Ergebnisse geliefert haben, planen die Forscher im nächsten Schritt, die Methode an Tiermodellen zu überprüfen, bevor sie auch beim Menschen zum Einsatz kommen kann.

Originalveröffentlichung:
Vlachos I, Deniz T, Aertsen A, Kumar A (2016) Recovery of dynamics and function in spiking neural networks by closed-loop control. In: PLoS Computational Biology, http://dx.doi.org/10.1101/030189.

Wie frei ist der Wille wirklich?

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Berliner Wissenschaftler prüfen Grundmuster von Entscheidungen

 

Proband im Hirnduell gegen den Computer, Copyright Charité, Carsten Bogler.

Proband im Hirnduell gegen den Computer, Copyright Charité, Carsten Bogler.

Unser Wille ist freier als bislang angenommen. In computergestützten Experimenten haben Hirnforscher der Charité – Universitätsmedizin Berlin Entscheidungsabläufe am Beispiel von Bewegungen untersucht. Die entscheidende Frage: Lassen sich Prozesse im Gehirn wieder stoppen, wenn sie einmal angestoßen sind? Die Forscher kommen zu dem Schluss: Ja, bis zu einem gewissen Punkt, dem „point of no return“. Die Ergebnisse der Studie sind im aktuellen Fachmagazin PNAS* veröffentlicht.

Hintergrund der neuen Untersuchungen: Spätestens seit den 1980er Jahren diskutieren Hirnforscher, Psychologen, Philosophen und Öffentlichkeit über die Bewusstheit und Vorbestimmtheit menschlicher Entscheidungen. Seinerzeit studierte der amerikanische Forscher Benjamin Libet Hirnprozesse von Probanden, während sie einfache freie Entscheidungen fällten. Er zeigte, dass das Gehirn Entscheidungen bereits unbewusst vorwegnahm. Noch bevor sich eine Person willentlich entschieden hatte, war ein sogenanntes „Bereitschaftspotenzial“ in ihren elektrischen Hirnwellen zu erkennen.

Wie aber kann es sein, dass das Gehirn vorab weiß, wie sich ein Proband entscheiden wird, obwohl es diesem selbst noch gar nicht bewusst ist? Die Existenz der vorbereitenden Hirnwellen galt bis dato oft als Beleg für den sogenannten „Determinismus“. Demnach ist der freie Wille eine Illusion – unsere Entscheidungen werden durch unbewusste Hirnmechanismen erzeugt und nicht durch unser „bewusstes Ich“ gesteuert. Die Forscher um Prof. Dr. John-Dylan Haynes vom Bernstein Center for Computational Neuroscience der Charité haben die Thematik gemeinsam mit Prof. Dr. Benjamin Blankertz und Matthias Schultze-Kraft von der Technischen Universität Berlin neu aufgerollt. Mit aktuellen Messtechniken sind sie der Frage nachgegangen, ob Menschen geplante Bewegungsabläufe stoppen können, nachdem das Bereitschaftspotential für eine Handlung ausgelöst worden ist.

„Unser Ziel war herauszufinden, ob mit dem Auftreten der frühen Hirnwellen eine Entscheidung automatisch und unkontrollierbar erfolgt, oder ob sich der Proband noch umentscheiden, also ein ‚Veto’ ausüben kann“, erklärt Prof. Haynes. Dazu haben die Wissenschaftler Probanden in ein „Hirnduell“ mit einem Computer geschickt und während des Spiels die Hirnwellen per Elektroenzephalographie abgeleitet. Ein speziell „trainierter“ Computer versuchte anhand der Hirnwellen vorherzusagen, wann sich ein Proband aufgrund von Anreizen bewegen würde und sollte den Probanden überlisten: Sobald die Hirnwellen Anzeichen dafür gaben, dass sich der Proband in Kürze bewegen würde, wurde das Spiel zugunsten des Computers manipuliert.

Wenn es Probanden möglich ist, aus der Falle der Vorhersagbarkeit ihrer eigenen Hirnprozesse zu entkommen, wäre dies ein Anzeichen dafür, dass sie über ihre Handlungen noch weit länger Kontrolle haben, als bisher angenommen. Genau das konnten die Forscher nun aufzeigen: „Die Probanden sind den frühen Hirnwellen nicht unkontrollierbar unterworfen. Sie waren dazu in der Lage, aktiv in den Ablauf der Entscheidung einzugreifen und eine Bewegung abzubrechen“, sagt Prof. Haynes. „Dies bedeutet, dass die Freiheit menschlicher Willensentscheidungen wesentlich weniger eingeschränkt ist, als bisher gedacht. Dennoch gibt es einen Punkt im zeitlichen Ablauf von Entscheidungsprozessen, ab dem eine Umkehr nicht mehr möglich ist, den ‚point of no return’.“ In weiteren Studien werden die Berliner Wissenschaftler komplexere Entscheidungsabläufe untersuchen.

*Matthias Schultze-Kraft, Daniel Birman, Marco Rusconi, Carsten Allefeld, Kai Görgen, Sven Dähne, Benjamin Blankertz and John-Dylan Haynes. Point of no return in vetoing self-initiated movements. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, Dec. 2015. doi/10.1073/pnas.1513569112.

 

Tanz Wissenschaft Parkinson

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Abschlusskongress des deutsch-israelischen Projekts „Störung/Ha-fra-ah“ am Theater Freiburg am 18./19.12.2015

Am 18. und 19. Dezember 2015 präsentieren Forscherinnen und Forscher der Universität Freiburg, Tänzerinnen und Tänzer und an Morbus Parkinson erkrankte Menschen gemeinsam die Erkenntnisse des Projekts „Störung/Ha-fra-ah“ des Exzellenzclusters BrainLinks-BrainTools und des Theater Freiburg. In Performance-Parcours und Workshops stellen die Teilnehmenden ihre Arbeiten zum Thema Bewegung und Bewegungsstörungen vor. Ein Dokumentarfilm und wissenschaftliche Vorträge berichten über Schnittpunkte zwischen Neurowissenschaften und Tanz, und die Tänzerin Yasmeen Godder aus Tel Aviv/Israel führt einen Teil der Choreografie „Common Emotion“ auf. Seit dem 20. Februar 2015 trafen sich die Teilnehmenden jede Woche, um zu tanzen, zu diskutieren und gemeinsame Forschungsfragen zu bearbeiten.
  • Was: Kongress/Kulturveranstaltung
  • Wann: 18.12.2015, 10:00 Uhr bis 19.12.2015, 14:00 Uhr
  • Wo: Theater Freiburg, Bertoldstraße 46, 79098 Freiburg

WHS Science & Industry Circle gegründet

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Fraunhofer-Gesellschaft, German Healthcare Partnership und World Health Summit gründen „WHS Science & Industry Circle“ für eine kontinuierliche Verbesserung der weltweiten Gesundheitsversorgung

Mit dem „WHS Science & Industry Circle“ wollen Fraunhofer-Gesellschaft, German Healthcare Partnership (GHP) und der World Health Summit (WHS) den Austausch zwischen Wissenschaft und Wirtschaft im internationalen Kontext stärken und die Rahmenbedingungen für innovative Produktentwicklungen verbessern.

„Mit dem WHS Science & Industry Circle haben wir eine zukunftsweisende Partnerschaft gegründet,“ erklärt Prof. Dr. Detlev Ganten, Präsident des World Health Summit. „Um die Gesundheit weltweit zu verbessern, müssen Wissenschaft und Wirtschaft gemeinsam mit Politik und Zivilgesellschaft eng zusammenarbeiten. Nur im intensiven Austausch können innovative Produkte und Behandlungen entstehen um die Prävention, Diagnostik und Therapie zu verbessern. Diese Kooperation ist in Deutschland traditionell gut. Um in Zukunft noch mehr zu erreichen, haben wir den WHS Science & Industry Circle gegründet. Mit der Fraunhofer-Gesellschaft und der German Healthcare Partnership stehen uns starke Partner zur Seite.“

„Der WHS Science & Industry Circle bildet eine neue Brücke zwischen Wissenschaft und Wirtschaft, die von Beginn an auf den starken Säulen der direkten Anbindung an den World Health Summit, der anwendungsnahen Forschung in der Fraunhofer-Gesellschaft und der internationalen Ausrichtung der German Healthcare Partnership steht,“ fügt Roland Göhde, Vorstandsvorsitzender der GHP, hinzu. „Über die Einbindung weiterer Akteure sollen wichtige Chancen- und Zukunftsfelder der Gesundheitsindustrie gemeinsam entwickelt und zur kontinuierlichen Verbesserung der Gesundheitsversorgung genutzt werden.“

„Uns geht es darum, neue medizintechnische Forschungen und Entwicklungen schnell und qualitätsgesichert marktfähig zu machen,“ sagt Horst Hahn, Leiter des Fraunhofer-Instituts für bildgestützte Medizin in Bremen. „Diese neue Partnerschaft bietet eine hervorragende Plattform, um die entstehenden Potentiale auszuschöpfen und weltweit zur Geltung zu bringen. Computergestützte Medizin schafft dabei die Voraussetzung, beispielsweise mit web- und cloudbasierten Werkzeugen, bezahlbare moderne Diagnostik auch in Ländern mit einer bislang unzureichenden Gesundheitsversorgung zu ermöglichen.“

Im Rahmen des World Health Summit (11.-13 Oktober 2015 im Auswärtigen Amt) wird am Sonntag den 11. Oktober ein gemeinsamer Workshop zu vier zentralen Themen des WHS Science & Industry Circle stattfinden:

Translation: Science – Technology – Products
High-Tech, Low-Complexity, Cost-Effective Medical Technologies & Diagnostics
Digital Health
Systemic Strategies for Sustainable Strengthening of Health Systems

Die German Healthcare Partnership (GHP) dient der deutschen, international orientieren Gesundheitswirtschaft als Sprachrohr und Interessenvertreter. Sie wird in ihrer inhaltlichen Arbeit von vier Bundesministerien unterstützt. Die in dieser Initiative des Bundesverbands der Deutschen Industrie e.V. (BDI) zusammengeschlossenen Unternehmen decken weite Teile der Wertschöpfungskette ab und repräsentieren insgesamt ca. 900.000 Mitarbeiter und einen Umsatz von >130 Mrd. Euro.
www.germanhealthcarepartnership.de

Die Fraunhofer-Gesellschaft ist die führende Organisation für angewandte Forschung in Europa. Sie wurde 1949 gegründet und beschäftigt knapp 24.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter. Im Mittelpunkt der Forschung stehen die Bedürfnisse des Menschen hinsichtlich Gesundheit, Sicherheit, Kommunikation, Mobilität, Energie und Umwelt.
www.fraunhofer.de

Der World Health Summit gilt als international bedeutendstes strategisches Forum für globale Gesundheitsfragen. Er steht unter der Schirmherrschaft von Bundeskanzlerin Angela Merkel, Frankreichs Staatspräsident François Hollande und EU-Kommissionspräsident Jean-Claude Juncker. Er bringt jedes Jahr rund 1.300 Teilnehmer aus rund 90 Ländern nach Berlin, darunter internationale Politiker, CEOs, Vertreter von internationalen NGOs und zahlreiche international renommierte Wissenschaftler.
www.worldhealthsummit.org
www.worldhealthsummit.org

Brustkrebs-Diagnostik: Neue Methode weist Tumor über Urin nach

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Test erkennt veränderten Zell-Stoffwechsel

Pilotstudie bringt über 90 Prozent Prognosesicherheit

Mit Hilfe so genannter Microarrays können Wissenschaftler die Konzentration von Hunderten Molekülen, in diesem Fall von Mikro-RNA, gleichzeitig bestimmen. Jeder Punkt steht hierbei für ein Molekül, die Farbintensität wird durch die Konzentration bestimmt. Bildrechte: Universitätsklinikum Freiburg

Mit Hilfe so genannter Microarrays können Wissenschaftler die Konzentration von Hunderten Molekülen, in diesem Fall von Mikro-RNA, gleichzeitig bestimmen. Jeder Punkt steht hierbei für ein Molekül, die Farbintensität wird durch die Konzentration bestimmt.
Bildrechte: Universitätsklinikum Freiburg

Forscherinnen und Forscher der Klinik für  Frauenheilkunde des Universitätsklinikums Freiburg haben einen Ansatz entwickelt, Brustkrebs anhand von Urinproben nachzuweisen. Dafür ermittelten sie die Konzentration von Molekülen, die den Zell-Stoffwechsel steuern und in Krebszellen oft fehlreguliert sind. Diese als Mikro-RNA bezeichneten Moleküle gelangen über das Blut auch in den Urin. Anhand der Mikro-RNA- Zusammensetzung im Urin konnten die Wissenschaftler mit einer Sicherheit von 91 Prozent feststellen, ob eine Probandin gesund oder krank war. Für die Messung genügte die Bestimmung von nur vier Mikro-RNAs. Sollte sich das Verfahren in weiteren Studien bestätigen, könnte es künftig zur Kontrolle des Behandlungserfolgs und möglicherweise auch in der Früherkennung von Brustkrebs eingesetzt werden. Die Freiburger Wissenschaftler haben die Ergebnisse in der Fachzeitschrift BMC Cancer veröffentlicht und die Methode als Patent angemeldet.

Jede achte Frau in Deutschland erkrankt an Brustkrebs, der häufigsten Tumorart bei Frauen. Mehr als 17.000 Frauen sterben jährlich daran. Bislang wird die Erkrankung meist durch Mammografie oder Ultraschall festgestellt und mit einer Gewebeentnahme gesichert. Doch Strahlenbelastung, falsch-positive Befunde und die Belastung durch einen invasiven Eingriff bringen die Methoden immer wieder in die Kritik.

Experimenteller Test bringt bereits hohe Sicherheit

Prof. Dr. Elmar Stickeler, Ärztlicher Leiter der Senologie, Klinik für Frauenheilkunde und Leiter des Brustzentrums des Universitätsklinikums Freiburg, hat nun mit seinem Team einen Urin-Test entwickelt, mit dem der Tumor aufgrund des veränderten Stoffwechsels nachgewiesen werden kann. Die Forscher maßen die Konzentrationen von neun Mikro-RNAs im Urin, kurzen Erbgut-Abschriften, die den Zell-Stoffwechsel steuern. Vier der neun Moleküle wiesen zwischen Gesunden und Erkrankten deutliche Konzentrationsunterschiede auf.

„Wir konnten erstmals zeigen, dass bei Brustkrebs das Mikro-RNA-Profil im Urin charakteristisch verändert ist“, sagt Prof. Stickeler. „Mikro-RNAs dürften sich also grundsätzlich für einen Brustkrebs-Test eignen.“ Anhand des Mikro-RNA-Profils konnten die Forscher wiederum mit einer Sicherheit von 91 Prozent darauf schließen, ob eine Probandin gesund oder krank war. „Die Diagnose-Sicherheit unserer Methode war damit  sehr hoch“, sagt Prof. Stickeler.

Die Studie umfasste 24 gesunde Probandinnen und 24 Frauen, bei denen kürzlich ein Brusttumor diagnostiziert worden war. Die Patientinnen befanden sich in den Tumorstadien 1, 2 oder 3. In weiteren Untersuchungen muss die Methode nun mit größeren Patientengruppen bestätigt werden.

Methode bereits als Patent angemeldet

Das Verfahren wurde von den Wissenschaftlern bereits als Patent angemeldet. „Der große Vorteil unserer Methode ist, dass wir nur ein paar Milliliter Urin benötigen und kein Blut oder gar Gewebe“, sagt Prof. Stickeler. Das macht das Diagnose-Verfahren sehr attraktiv für kontinuierliche Messungen, etwa zur Kontrolle des Therapieerfolgs.  „Unser Verfahren könnte dazu führen, dass mehr Frauen eine solche Untersuchung wahrnehmen und so Brustkrebs früher erkannt wird“, so Prof. Stickeler weiter. Das hätte enorme Vorteile: „Je früher der Brustkrebs erkannt wird, desto besser können wir ihn behandeln. Frühzeitig festgestellt ist er heute in den meisten Fällen heilbar“, sagt Prof. Stickeler.

Nach einer Diagnose wird das bösartige Gewebe in der Regel operativ entfernt. Anders als früher können die Ärzte mittlerweile meist die Brust erhalten. An die Operation schließt oft eine Chemo-, Antihormon- oder Antikörpertherapie an. Bei inoperablen Tumoren kann eine Hochpräzisionsbestrahlung in Erwägung gezogen werden.

Original-Titel der Arbeit: Feasibility of urinary microRNA detection in breast cancer patients and its potential as an innovative non-invasive biomarker.

DOI: 10.1186/s12885-015-1190-4

Dies scheint wirklich ein enormer Fortschritt in der Brustkrebsdiagnose zu sein. Bleibt zu hoffen, dass sich die Ergebnisse mit einer größeren Anzahl von Probandinnen bestätigen werden.

Lebendige Knochen aus dem 3D-Drucker

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Freiburger Wissenschaftler wollen Gewebe mit eingebauten Blutgefäßen drucken / Förderung durch Deutsche Forschungsgemeinschaft

Knochen mit eigenen Blutgefäßen könnten künftig mit dem 3D-D3D-Knochenmodellrucker hergestellt werden. Freiburger Wissenschaftler entwickeln jetzt ein Druck-Verfahren, das aus Zellen von Knochen und Blutgefäßen funktionsfähige Knochen erzeugt. Die Gefäßzellen sollen die Durchblutung des Gewebes verbessern, indem sie eine Verbindung zum Blutkreislauf des Patienten herstellen. Für die Entwicklung dieser 3D-Druck-Methode erhalten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler eine dreijährige Förderung der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) in Höhe von 460.000 Euro. Sollte sich das Verfahren bewähren, könnten damit auch größere Kunstgewebe gedruckt werden, bis hin zu ganzen Organen. Klinische Bedeutung dürften 3D-Zelldrucker nach Ansicht der Wissenschaftler in fünf bis sieben Jahren erlangen.

Gezielte Blutversorgung für künstliches Gewebe  

„Bei der Entwicklung von künstlichem Knochengewebe ist die Frage der Blutversorgung noch immer weitgehend ungelöst. Dadurch ist sowohl die Größe als auch der Typ des Gewebes stark beschränkt“, sagt Prof. Dr. Günter Finkenzeller, Forschungs-Sektionsleiter an der Klinik für Plastische und Handchirurgie des Universitätsklinikums Freiburg. Er leitet das Projekt gemeinsam mit Dr. Peter Koltay, leitender wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Mikrosystemtechnik (IMTEK) der Universität Freiburg. Bekannt ist, dass sich die Blutversorgung eines künstlich erzeugten Gewebes durch sogenannte Endothelzellen verbessern lässt. Diese Zellen kleiden die Gefäße aus und können auch selbst neue bilden. Doch bisher stirbt ein Großteil der Knochenzellen aufgrund von Sauerstoffmangel, bevor die Zellen Gefäße gebildet haben. „Unser Ansatz sieht vor, dass wir die Endothelzellen genauso wie die Knochenzellen per 3D-Druck im Gewebe an die Stelle platzieren, wo sich die Gefäße ausbilden sollen“, sagt Prof. Finkenzeller. „Die Gefäße des künstlichen Gewebes könnten dann zeitnah nach der Operation mit den Gefäßen des umgebenden gesunden Gewebes zusammenwachsen und so die Blutversorgung des Kunstgewebes sicherstellen“, erläutert der Wissenschaftler weiter.

Mit Spezialdruckern ist es bereits heute möglich, kleine und relativ einfach strukturierte Gewebeeinheiten zu drucken. Dafür werden dem Körper Zellen entnommen, in einer Nährlösung vermehrt und mit einem 3D-Drucker in eine Trägermatrix eingebracht. Diese wird dann implantiert. „Der 3D-Druck von lebendigem Hautgewebe könnte in fünf bis sieben Jahren klinisch Bedeutung erhalten“, sagt Prof. Finkenzeller. „Bei der Herstellung und Implantation von Knochengewebe wird es allerdings länger dauern, da dafür noch zentrale Fragen der Gewebe-Abstoßungs-Reaktion geklärt werden müssen.“

„Das Forschungsprojekt könnte erheblich zum Fortschritt der Forschung und Technologie im Bereich der Gewebeersatzforschung und des Tissue Engineering beitragen“, sagt Dr. Koltay. In einem ersten Schritt wird ein spezieller „BioPrinter“ gebaut. „Wir können schon heute Zellen lebend und schonend  gezielt drucken“, sagt Dr. Koltay. „Jetzt müssen wir das Verfahren so anpassen, dass damit Knochenzellen und Blutgefäßzellen verarbeitet werden können und diese einen funktionsfähigen Gewebeverband bilden.“ In einem späteren Schritt erfolgt dann die Überprüfung der Methode anhand chirurgischer Modelle.

Es lassen sich schon geringe Mengen an Drogen nachweisen

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Drogen in Rinderzähnen nachgewiesen

Bildrechte: Neukamm/Universitätsklinikum Freiburg

Bildrechte: Neukamm/Universitätsklinikum Freiburg

Forscher des Universitätsklinikums Freiburg entwickeln einen Drogentest,
mit dem Rechtsmediziner und Archäologen Zahnmaterial von Toten untersuchen
können

Zähne sind oft das letzte Gewebe, das von einem Toten übrig bleibt. Bislang
gab es aber keine Möglichkeit, an ihnen einen Drogentest zu machen. Nun
haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Universitätsklinikums
Freiburg um Dr. Merja Neukamm und Prof. Dr. Volker Auwärter vom Instituts
für Rechtsmedizin gemeinsam mit Prof. Dr. Markus Altenburger von der Klinik
für Zahnerhaltungskunde und Parodontologie ein Verfahren entwickelt, mit
dem sie Morphin, Kokain, Ecstasy und fünf weitere Stoffe in Zähnen
nachweisen können. Die Methode, die sehr wenig Probenmaterial benötigt,
entwickelten sie an speziell präparierten Rinderzähnen. Erstes
archäologisches Human-Material wurde bereits erfolgreich analysiert.

Den Freiburger Forschern gelang es, Dentin, auch Zahnbein genannt, für die
Drogen-Analyse zu nutzen. „Es war lange unklar, ob Zahnsubstanz
grundsätzlich für den Nachweis von Drogen- oder Medikamentenkonsum genutzt
werden kann. Genau das bestätigt unsere Studie eindeutig“, sagt Prof.
Auwärter, Leiter der forensischen Toxikologie am Universitätsklinikum
Freiburg. „Außerdem eignet sich die Methode, um bereits geringste Mengen an
Drogen nachzuweisen.“ Die Forscher etablierten das Verfahren an Dentin von
Rinderzähnen, welches im Aufbau dem menschlichen Dentin weitgehend
entspricht, aber garantiert frei von Kontaminationen ist. Für die
Untersuchung auf Morphin, Codein, Ecstasy, MDEA, Amphetamin, Metamphetamin,
Kokain und ein Kokainabbauprodukt benötigten die Forscher gerade einmal
0,05 Gramm Zahnsubstanz.

Mit der neuen Methode steht nicht nur Rechtsmedizinern, sondern auch
Anthropologen und Archäologen ein neues Analysewerkzeug zur Verfügung. Denn
für sie ist der sparsame Umgang mit Probenmaterial von großer Bedeutung.
Darüber hinaus dürften Zähne als Untersuchungsmaterial noch weitere
Vorteile mit sich bringen. „Es ist durchaus möglich, dass in den Zähnen
eine Art toxikologischer Fingerabdruck über einen langen Lebenszeitraum
vorzufinden ist“, erklärt Prof. Auwärter.

In einer auf der Methode aufbauenden Studie untersuchten die
Wissenschaftler den Zahn eines Menschen aus der frühen Eisenzeit. „Wir
konnten in dem über 2000 Jahre alten Zahn Rückstände der Betelnuss
nachweisen“, freut sich Dr. Neukamm. Betelnuss wird seit Jahrtausenden als
Appetithemmer und Wachmacher im südostasiatischen Raum gekaut. Als nächstes
möchten die Wissenschaftler die Methode nun anhand menschlicher Zähne von
Verstorbenen weiter ausbauen und den Einfluss der Mundflora und den genauen
Einlagerungsmechanismus in die Zähne untersuchen.

Für ihre Untersuchung brachten die Forscher das Dentin von Rinderzähnen in
ein dem Mundraum ähnliches Milieu. „Um die Eintragswege der Drogen
möglichst naturgetreu nachzubilden, haben wir bei den Zähnen außerdem einen
leichten Kariesbefall simuliert“, erklärt Oberarzt Prof. Altenburger. Nach
neun Tagen Einwirkzeit untersuchten sie die Zahnteile mithilfe eines mit
einem Massenspektrometer gekoppelten Flüssigkeits-Chromatographen, einer
hochempfindlichen Methode, und konnten damit die Drogen nachweisen.

Titel der Original-Arbeit: Determination of drugs of abuse in bovine dentin
using liquid chromatography–electrospray ionization tandem mass
spectrometry

DOI: 10.1002/jms.3464

Riesen-Kraftwerk des Cholera-Erregers entschlüsselt

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Wissenschaftlerteam des Universitätsklinikums Freiburg und der Universitäten Hohenheim und Konstanz publiziert im Fachmagazin Nature

Wie das Zell-Kraftwerk des gefährlichen Cholera-Erregers aufgebaut ist und
wie es funktioniert, haben jetzt Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler
der Universitäten Freiburg, Hohenheim und Konstanz  unter Leitung von  PD
Dr. Günter Fritz vom Institut für Neuropathologie des Universitätsklinikums
Freiburg herausgefunden.  Die Forscher konnten das Zell-Kraftwerk mithilfe
der Röntgenkristallographie bis auf die Größe einzelner Atome vermessen und
die Funktion aller Einzelteile klären. Damit gehört der Komplex zu den
größten, die je detailliert beschrieben wurden. Die Forschungsergebnisse
erlauben erstmals, passgenaue Antibiotika zu entwickeln, die auch bei
anderen Erregern wirken dürften. Die Studie ist nun in der renommierten
Fachzeitschrift Nature erschienen.

Riesen-Kraftwerk unter der Lupe: Forscher der Universitäten Freiburg, Hohenheim und Konstanz entschlüsseln mit dem Kraftwerk des Cholera-Erregers einen der größten in der Zellhülle eigebetteten Proteinkomplexe überhaupt.

Riesen-Kraftwerk unter der Lupe: Forscher der
Universitäten Freiburg, Hohenheim und Konstanz entschlüsseln mit dem
Kraftwerk des Cholera-Erregers einen der größten in der Zellhülle
eigebetteten Proteinkomplexe überhaupt.

Bis zu 3,5 Millionen Menschen erkranken jährlich an Cholera. 100.000 bis
120.000 Menschen sterben daran. Auslöser der fatalen Erkrankung ist das
Bakterium Vibrio cholerae, das erstmals im Jahr 1854 beschrieben wurde. Der
Krankheitserreger verfügt über eine besondere Energiequelle, eine
Natriumionenbatterie, welche durch eine molekulare Natriumpumpe aufgeladen
wird. Diese Pumpe schleust Ionen aus dem Erreger heraus, so dass die
Konzentration innen niedriger ist als außen. Beim Wiedereintritt treiben
die Ionen Prozesse wie die Fortbewegung des Erregers an.

Den Aufbau dieser Pumpe hat das Forschungsteam jetzt bis auf die Ebene
einzelner Atome beschrieben. „Die Pumpe gehört zu den größten
Proteinkomplexen, die je in dieser Detailschärfe strukturell und
funktionell beschrieben werden konnten“, sagt Dr. Fritz, der für seine
Forschung mit dem angesehenen Heisenbergstipendium der Deutschen
Forschungsgemeinschaft (DFG) unterstützt wurde. „In den vergangenen
Jahrzehnten wurden über 100.000 Proteine strukturell beschrieben. Gerade
einmal 20 davon sind in ihrer Komplexität mit der Natriumpumpe
vergleichbar“, so Dr. Fritz weiter.

Diese Arbeiten bilden die Grundlage für die Erforschung neuer,
wirkungsvoller Antibiotika, die diese Natriumpumpe – die Achillessehne des
Cholara Erregers – hemmen. Solche Antibiotika wären wahrscheinlich nicht
allein nur gegen Vibrio cholerae wirksam, sondern auch gegen viele weitere
Erreger, etwa von Pest und Hirnhautentzündung, die ebenfalls auf diese
Natriumpumpe angewiesen sind.

Original-Titel der Arbeit: Structure of the V.cholerae Na+-pumping
NADH:quinone oxidoreductase. Autoren: Julia Steuber, Georg Vohl, Marco S.
Casutt, Thomas Vorburger, Kay Diederichs, Günter Fritz

Im Gehirn läuft nicht alles glatt

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Freiburger Wissenschaftler entschlüsseln, welche Rolle Nanostrukturen bei der Funktion des Nervensystems spielen

Elektronenmikroskopie einer Nervenzelle im direkten Kontakt mit nanorauer Oberfläche. Quelle: Nils Blumenthal und Prasad Shastri

Elektronenmikroskopie einer Nervenzelle im direkten Kontakt mit nanorauer Oberfläche. Quelle: Nils Blumenthal und Prasad Shastri

Eine Ursache der Alzheimer-Krankheit sind Proteinablagerungen im Gehirn: Beta-Amyloid sammelt sich in so genannten Plaques an und sorgt dafür, dass Nervenzellen absterben. Bislang wussten Forscherinnen und Forscher wenig darüber, welche Rolle die Struktur des die Neuronen umgebenden Hirngewebes bei der Krankheit spielt. Wie beeinflussen Makromoleküle und makromolekulare Anordnungen, beispielsweise Mehrfachzucker, sowie Zellen aus dem Stützgerüst der Nervenzellen die Interaktion der Zellen im Gehirn? Prof. Dr. Prasad Shastri und der Doktorand Nils Blumenthal haben in Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Bernd Heimrich und Prof. Dr. Ola Hermanson gezeigt: Die Beschaffenheit von Makromolekülen oder Stützgerüst-Zellen, zu denen Astrozyten gehören, spielt eine entscheidende Rolle bei der gesunden Interaktionen zwischen Hirnzellen im Hippocampus. Die Forschungsergebnisse hat das Team in der Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences“ veröffentlicht.

Der Hippocampus gilt als das GPS-System des Gehirns: Er verarbeitet und speichert räumliche Informationen. Bei der Alzheimer-Krankheit bilden sich die Neuronen im Hippocampus zurück. Nehmen die umliegenden Moleküle oder Stützgerüst-Zellen eine zufällige, raue Struktur an, die Rüschen ähnelt, fördert und erhält dies die Kommunikation der Nervenzellen. „Lange nahmen Forscher an, dass nur biologische Signale die Gesundheit und die Funktion von Hirnzellen beeinflussen. Wir haben gezeigt, dass die Struktur der Moleküle, die diese Zellen umgeben, ebenso wichtig ist“, sagt Shastri.

Die Wissenschaftler fanden heraus, dass die Rauheit im Nanobereich innerhalb bestimmter Grenzen liegen muss. Gibt es mehr oder weniger der rauen Struktur, verändern sich die Nervenzellen so, dass sie ihre Funktion nicht mehr ausüben können. Shastris Team untersuchte menschliche Hirnzellen von Patientinnen und Patienten, die an Alzheimer erkrankt waren. Die Forscher entdeckten eine entscheidende Verbindung zwischen Regionen im Gehirn, in denen sich Beta-Amyloid angesammelt hatte, und unvorteilhaften Veränderungen in der Nanotopografie des Gewebes um die betroffenen Nervenzellen herum. Die Beschaffenheit der Oberfläche des Gewebes hatte sich verändert.

Das Team fand heraus, dass Astrozyten im Nanobereich eine physikalische Umgebung schaffen, die Nervenzellen brauchen, um gut zu funktionieren. Die Forscher setzten für ihre Experimente mit Neuronen synthetische Substrate mit unterschiedlicher Rauheit ein. „Unsere Entdeckung zeigt erstmals: Ionenkanäle, die auf Bewegungsreize reagieren, könnten Funktion und Erkrankung des zentralen Nervensystems beeinflussen. Die Ergebnisse deuten auf neue Angriffsziele für die Entwicklung von Medikamenten hin“, sagt Blumenthal. Moleküle, die ein mechanischer Reiz aktiviert, wie der Ionenkanal Piezo-1 in Hirnzellen von Mäusen, steuern das Zusammenspiel von Nanotopografie, Astrozyten und Nervenzellen. Frühere Forschungen haben gezeigt, dass MIB-1 – das Gegenstück von Piezo-1 in den Zellen des Menschen – in menschlichen Alzheimer-Patienten verändert ist.

Prasad Shastri forscht am Institut für Makromolekulare Chemie und am Exzellenzcluster BIOSS Centre for Biological Signalling Studies der Universität Freiburg. Der Doktorand Nils Blumenthal wird von BIOSS gefördert. Bernd Heimrich forscht am Institut für Anatomie und Zellbiologie der Albert-Ludwigs-Universität. Ola Hermanson arbeitet am Karolinska Institut der Universität Stockholm/Schweden.

Originalpublikation:
Nils Blumenthal, Ola Hermanson, Bernd Heimrich and V. Prasad Shastri. (2014) Stochastic Nanoroughness Modulates Neuron-Astrocyte Interactions and Function via Mechanosensing Cation Channels, Proc. Natl. Acad. Sci. USA. www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1412740111