Zukunftsvision: Mini-Herzen helfen bei Operationen (Foto: flickr.com/Rocky Roe)

San Francisco (pte001/16.07.2015/06:00) –

Forscher der University of California http://universityofcalifornia.edu sind einer revolutionären Methode auf der Spur, um neue Herzmedikamente
in Zukunft möglichst ungefährlich testen zu können. Hierfür haben sie
aus menschlichen Stammzellen winzige Strukturen gezüchtet, die von den
Grundfunktionen her im Wesentlichen primitiven, schlagenden
"Mini-Herzen" ähneln. Diese sollen sich aufgrund der Ähnlichkeiten zum
normalen menschlichen Herzen besonders gut für Medikamententests eignen,
Forschern einen besseren Einblick in die Herzentwicklung geben und
dadurch vielleicht auch helfen, Herzdefekten vorzubeugen.

Noch viel Arbeit zu erledigen

"Mithilfe dieser Methode könnte es eines Tages
vielleicht sogar möglich sein, bestimmte Teile eines Herzens
heranzuzüchten, die bei Herzoperationen als Flickstücke fungieren
könnten", zitiert "LiveScience" Bruce Conklin, Mediziner am Gladstone
Institute of Cardiovascular Disease http://bit.ly/1K6Zae2 der University of California. Bis dahin sei aber noch viel Arbeit zu
erledigen, meint der Co-Autor der nun präsentierten Studienergebnisse.
Für die Herzforschung sind diese Mini-Herzen aber schon jetzt sehr
interessant. "Diese Strukturen können nämlich als Modell herhalten, um
die Herzentwicklung zu veranschaulichen und im Fall von Problemen die
bestmöglichen Lösungswege zu finden", so Conklin.

Im Moment sieht der Experte den größten Nutzen aber vor
allem im Bereich von Medikamententests. "Unsere Ergebnisse zeigen, dass
diese Strukturen sehr hilfreich sein könnten, um neue Medikamente zu
überprüfen, die sich noch in der Testphase befinden. Mit ihrer Hilfe
könnten gefährliche Nebenwirkungen und unangenehme Tierversuche
vermieden werden", ist der Experte überzeugt.

Sicherheit für Schwangere

Zur Herstellung ihrer kleinen Mini-Herzen griffen
Conklin und sein Team auf sogenannte pluripotente Stammzellen zurück.
Diese besitzen die Fähigkeit, sich zu jedem Zelltyp eines Organismus
entwickeln zu können, da sie noch auf keinerlei bestimmten Gewebetyp
festgelegt sind. Wenn sie im Labor gezüchtet werden, wachsen sie
normalerweise in schichtenförmigem Gewebe aus. Im aktuell vorgestellten
Forschungsprojekt wurde der Wachstumsprozess derart verändert, dass sie
kleine Strukturen bilden, die innen einen Hohlraum mit Herzzellen
aufweisen.

Als die Wissenschaftler die Mini-Herzen dem bekannten
herzschädigenden Schlafmittel Thalidomid aussetzten, bemerkten sie, dass
dadurch auch die Entwicklung der Strukturen gravierend beeinträchtigt
wird. "Die am häufigsten auftretenden Defekte bei der Geburt betreffen
das Herz. Deshalb ist es auch so ungemein wichtig, dass wir gerade
während der Schwangerschaft für eine ausreichende Medikamentensicherheit
sorgen. Jedes Jahr werden rund 280.000 Frauen mit Medikamenten
konfrontiert, die ein potenzielles Risiko für ihre Sprösslinge
darstellen", erläutert Conklin die Problematik.

Fehler im Immunsystem birgt Ansatzpunkte bei der Bekämpfung der Erkrankung

Los Angeles (pte/10.06.2005/15:55) – Ein wesentlicher Durchbruch im
Bereich der Alzheimerforschung ist einem US-amerikanischen Forscherteam
gelungen: Die Wissenschafter konnten einen Immundefekt entdecken, der
zum Fortschritt der Krankheit beiträgt. Wie das Forscherteam der UCLA
http://www.ucla.edu/ in der heute, Freitag, erschienen Ausgabe des
Journal of Alzheimer`s Disease http://www.pnpco.com/pn02000.html
berichtet, könnte diese Entdeckung zu einer besseren Diagnostik und
effizienteren Behandlungsmethoden führen. Erstmals konnten die Forscher
in einer Studie die wichtige Bedeutung des angeborenen Immunsystems bei
der Entwicklung der Alzheimererkrankung aufdecken.

Der menschliche Körper hat gegen das Altern des Gehirns seine eigenen
Waffen: Mit Hilfe des angeborenen Immunsystems reinigt er sich selbst
von Amyloid-beta Abfallprodukten. Doch genau dieser Reinigungsprozess
wird bei manchen Alzheimerpatienten durch einen Immundefekt nicht
ausgeführt. Dadurch kann es zu einer Übersättigung des Gehirns mit
Amyloid-beta kommen und zur Entstehung von Amyloid-Plaquen, die ein
wesentliches Kennzeichen der Alzheimererkrankung sind.

Anhand von Blutproben fanden die Forscher heraus, dass das Blut
gesunder Personen Zellen enthält, die zum angeborenen Immunsystem
gehören und das Amyloid-beta beseitigen. Diese Fresszellen
(Makrophagen) konnten bei Alzheimerpatienten jedoch ihre Aufgabe nicht
ausreichend erledigen. "Die Makrophagen sind die Hausmeister des
Immunsystems, die im ganzen Körper den Müll beseitigen. Wenn sich in
weiteren Studien bestätigt, dass sich dieser Defekt der
Makrophagen-Funktion bei den meisten Alzheimerpatienten findet, so kann
sich daraus ein ganz neuer Ansatz bei der Behandlung der Krankheit
ergeben", erklärte Studienleiter Milan Fiala. Die Experten denken
beispielsweise an die Entwicklung hormonaler und immunstärkender
Therapien.

Die Experten weisen in ihrer Studie darauf hin, dass sich dieser Ansatz
nicht mit der Amyloid-Beta-Immunisierungsmethode deckt. Diese greift
nämlich auf einen anderen Teil des Immunsystems, das adaptive System,
zurück.

Alzheimer: Anzahl beteiligter Gene auf 21 verdoppelt
Immunsystem des Körpers spielt laut Großstudie entscheidende Rolle
 
Alzheimer-Patientin: Ursachen werden klarer (Foto: SPL)

Cardiff (pte001/29.10.2013/06:00) – Eine klarere Vorstellung von den Ursachen von Alzheimer zeichnet sich nach der umfangreichsten je durchgeführten Analyse von Patienten-DNA ab. Ein groß angelegtes Forschungsprojekt hat jetzt laut Nature Genetics http://nature.com/ng die Anzahl der Gene, die mit dieser Krankheit in Zusammenhang gebracht werden, auf 21 verdoppelt. Diese Ergebnisse weisen auf eine wichtige Rolle des Immunsystems hin.

54.000 Menschen untersucht

Immer mehr Menschen erkranken weltweit an Alzheimer. Dafür ist unter anderem auch die steigende Lebenserwartung verantwortlich. Die entscheidende Fragen bleiben jedoch unbeantwortet: Was die Demenz hervorruft, wie die Gehirnzellen absterben, welche Therapien oder auch nur Möglichkeiten der Diagnose es geben kann.

Es ist laut Julie Williams von der Cardiff University http://cardiff.ac.uk , einer der leitenden Wissenschaftlerinnen des Forschungsprojekts, schwierig, eine Krankheit zu behandeln, wenn man die Ursache nicht versteht. Das aus Wissenschaftlern 145 internationaler Institutionen bestehende Team untersuchte die DNA von 17.000 Patienten und 37.000 gesunden Menschen.

Gefunden wurden Versionen von 21 Genen, die es wahrscheinlicher machten, dass eine Person an Alzheimer erkrankt. Die Untersuchung der Funktion der Gene im Körper erlaubt den Forschern dann herauszufinden, was bei einer Erkrankung geschieht. Laut Williams ist die Anzahl der identifizierten Gene jetzt doppelt so groß und es beginnt sich ein klares Muster abzuzeichnen.

Mehrere Ursachen denkbar

"Es geschieht etwas bei der Immunreaktion, dass dann die Krankheit verursacht. Wir müssen diesen Bereich aber erst genauer erforschen", so Williams. Die Art und Weise, wie der Körper mit Cholesterin umgeht und auch wie das Gehirn mit großen Molekülen bei einer Endozytose umgeht, scheint eine Rolle zu spielen.

Andere Forschungsprojekte sollen jetzt an diesem Ansatz weiterarbeiten und herausfinden, welche Prozesse bei einer Erkrankung ganz genau ablaufen und in der Folge neue Behandlungsmöglichkeiten entwickeln.

Ob medizinische Implantate, komplexe
Schnittstellen zwischen Gehirn und Maschine oder ferngesteuerte
Insekten: Die jüngsten Entwicklungen zur Verbindung von Maschinen und
Organismen besitzen erhebliches Potenzial, werfen aber auch wichtige
ethische Fragen auf. In ihrem Übersichtsartikel „Chemie der Cyborgs –
zur Verknüpfung technischer Systeme mit Lebewesen“ erörtern
KIT-Wissenschaftler den aktuellen Stand der Forschung, Chancen und
Risiken. Der Artikel ist in der renommierten Zeitschrift „Angewandte
Chemie“ erschienen. (DOI: 10.1002/ange.201307495)

Sie
sind aus Science-Fiction-Romanen und -Filmen bekannt – technisch
veränderte Lebewesen mit außergewöhnlichen Fähigkeiten, sogenannte
Cyborgs. Die Bezeichnung leitet sich von englisch „cybernetic organism“
(kybernetischer Organismus) ab. Tatsächlich sind Cyborgs als
Verknüpfungen technischer Systeme mit lebendigen Organismen bereits
Wirklichkeit, vor allem durch implantierte medizinische Systeme, wie die
KIT-Forscher Professor Christof M. Niemeyer und Dr. Stefan Giselbrecht
vom Institut für Biologische Grenzflächen 1 (IBG 1) sowie Dr. Bastian E.
Rapp vom Institut für Mikrostrukturtechnologie (IMT) in ihrem Artikel
erläutern.

Medizinische
Implantate haben in den vergangenen Jahren beeindruckende Fortschritte
gemacht. Möglich wurde dies durch intelligente Materialien, die
selbstständig auf sich verändernde Bedingungen reagieren,
computergestütztes Design und Fertigung aufgrund von
Magnetresonanztomografie-Datensätzen sowie Oberflächenmodifikationen,
die eine verbesserte Gewebeintegration gewährleisten. Eine besondere
Rolle für eine erfolgreiche Gewebeintegration und die Vermeidung von
Entzündungsreaktionen spielen spezielle Oberflächenbeschichtungen, wie
sie auch am KIT entwickelt werden, etwa im Rahmen des multidisziplinären
Helmholtz-Programms „BioGrenzflächen“.

Fortschritte
in der Mikroelektronik und der Halbleitertechnologi
e haben elektronische Implantate ermöglicht, die Funktionen des
menschlichen Körpers kontrollieren, wiederherstellen oder verbessern,
wie Herzschrittmacher, Netzhautimplantate, Hörimplantate oder Implantate
für die Hirn-Tiefenstimulation zur Schmerzbehandlung oder zur
Parkinson-Therapie. Gegenwärtig verschmelzen Entwicklungen der
Bioelektronik und der Robotik, um hochkomplexe Neuroprothesen zu
ermöglichen. Wissenschaftler arbeiten dazu an
Gehirn-Maschine-Schnittstellen (brain-machine interfaces – BMI) zur
direkten physikalischen Kontaktierung des Gehirns. BMIs dienen unter
anderem dazu, Prothesen zu steuern und komplexe Bewegungen wie
beispielsweise Greifen zu ermöglichen. Darüber hinaus sind sie wichtige
Werkzeuge für die Neurowissenschaften, da sie Einblicke in die
Funktionsweise des Gehirns ermöglichen. Zusätzlich zu elektrischen
Signalen lassen sich auch Substanzen, die zeitlich und räumlich
kontrolliert aus implantierten mikro- und nanofluidischen Systemen
freigesetzt werden, zur Kommunikation zwi
schen technischen Systemen und Organismen verwenden.

BMIs
werden meist als Datenlieferanten betrachtet. Grundsätzlich lassen sie
sich aber auch dazu nutzen, Signale in das Gehirn einzuspeisen – ein
ethisch hochkontroverses Thema. „Implantierte BMIs, die Signale in
Nerven, Muskeln oder direkt ins Gehirn einspeisen, sind bereits im
alltäglichen Gebrauch, etwa in Herzschrittmachern oder Implantaten für
die Hirn-Tiefenstimulation“, erklärt Professor Christof M. Niemeyer vom
KIT. „Aber diese Signale sind weder dazu gedacht noch dazu geeignet,
einen gesamten Organismus zu kontrollieren – die Gehirne der meisten
lebenden Organismen sind dazu zu komplex.“

Bei
niederen Organismen wie Insekten sind die Gehirne deutlich weniger
komplex, sodass eine Signaleinkopplung mitunter direkt ein bestimmtes
Bewegungsprogramm wie Laufen oder Fliegen auslösen kann. Die sogenannten
Biobots, beispielsweise große Insekten mit implantierten elektronischen
und mikrofluidischen Kontrolleinheiten, werden zur Entwicklung einer
neuen Generation von Werkzeugen eingesetzt, etwa kleiner flugfähiger
Objekte für Überwachungs- und Rettungsmissionen. Darüber hinaus dienen
sie als Modellsysteme in den Neurowissenschaften, um grundlegende
Zusammenhänge zu verstehen.

Elektrisch
aktive med
izinische Implantate, die über längere Zeit im Einsatz sind, müssen
zuverlässig mit Energie versorgt werden. Derzeit arbeiten
Wissenschaftler an Methoden, um dazu die körpereigene thermische,
kinetische, elektrische oder chemische Energie des Patienten zu nutzen. –
Zusammenfassend stellen die KIT-Forscher fest, dass die Entwicklungen
zur Kopplung von technischen Systemen mit Organismen ein faszinierendes
Potenzial bergen und gerade in der Medizin die Lebensqualität vieler
Menschen erheblich verbessern können, dass bei ihrer Nutzung aber stets
ethische und soziale Aspekte zu berücksichtigen sind.

Die
„Angewandte Chemie“ gilt als weltweit wichtigste Zeitschrift für
chemische Forschung und besteht seit 125 Jahren. Im Abschlussheft des
Jubiläumsjahrga
ngs ist der Artikel der KIT-Wissenschaftler über Cyborgs als Titelthema
erschienen

Höhere Fluorkonzentration im Mutterleib mit geringerer kindlicher Intelligenz assoziiert

Graz, 10. Oktober 2017:

Am 19. September 2017
erschien ein Bericht über die Ergebnisse mit Fluorid im Rahmen der
ELEMENT – Studie (Early Life Exposures in Mexico to Environmental
Toxicants), einer Untersuchung an etwa 1000 Schwangeren und ihren
Kindern 4 und 6-12 Jahre nach der Geburt (1). Im konservierten Urin der
Mütter, gewonnen während der Schwangerschaft und dem der Kinder nach
6-12 Jahren wurde der Fluoridgehalt gemessen. Der Mittelwert (SD) des
Fluoridgehalts der Mütter während der Schwangerschaft betrug 0.90 (0.35)
mg/L, der Kinder 0.82(0.38) mg/L.

Höherer Fluoridgehalt des
mütterlichen Urins war nach 4 Jahren im McCarthy Scales of Children´s
Abilities – Test mit einem niedrigeren General Cognitive Index (GCI)
linear assoziiert, nach 6-12 Jahren mit einem im Wechsler Abbbreviated
Scale of Intelligence – Test einem niedrigeren Intelligenz-Quotienten IQ
(p<0.01). Die Assoziationen blieben auch nach Adjustierung für
kindliche (Gestationsalter und Gewicht bei der Geburt, Geschlecht,
erstes von mehreren Kindern und Alter beim Erfassen des Outcomes) und
mütterliche Faktoren (Raucheranamnese, Familienstand, Alter bei der
Entbindung, IQ, Ausbildung) bestehen. Für eine Subgruppe waren Daten
über den sozioökonomischen Status, den mütterlichen Bleigehalt der
Knochen und das Quecksilber im Blut verfügbar, welche an den
Assoziationen des Urin-Fluorids während der Schwangerschaft mit dem GCI
und dem IQ der Kinder keine substanziellen Änderungen ergaben.

Kommentar

Es gab schon seit längerer
Zeit Hinweise für eine Neurotoxizität von Fluoriden bei Kindern. Die
Environmental Protection Agency setzte Fluoride auf die Liste von
Chemikalien mit Verbindung zu Neurotoxizität und erklärte, dass die
Fluor-Einnahme für längere Zeiträume das Nervensystem schädigen könne.
Das Environmental Health Perspectives Journal, in welchem auch die
vorliegende Studie (1) publiziert wurde, hatte bereits berichtet, dass
Kinder, die in Gebieten mit stark fluoridhaltigem Trinkwasser
aufgewachsen waren, einen geringeren IQ hatten. Nur wenige
Untersuchungen und epidemiologischen Studien waren jedoch longitudinal,
bestimmten die individuelle Fluoridexposition und erfassten den
pränatalen Zeitraum an mehr als 100 Teilnehmern. Es handelt sich somit
um eine fundierte Untersuchung der Gruppe mit dem Erstautor Morteza
Bashash, Professor für Public Health an der Universität von Toronto,
Kanada. Das Ergebnis widerspricht den Befürwortern einer breiten
Fluoridgabe oder gar einer Fluoridierung des Trinkwassers. Von
zahnärztlicher Seite wird heute vielfach auch vor Fluor gewarnt,
andererseits wird aber von manchen gerade während der Schwangerschaft
eine Kariesprophylaxe mit fluorhaltiger Zahnpaste empfohlen. In der
Öffentlichkeit liegt das Augenmerk für Fluor ganz überwiegend auf dem
Gebiete der Zähne. Die neue Arbeit rückt den negativen Aspekt von Fluor
auf die Gehirnentwicklung in den Vordergrund. Die Frage ist nun, ob man
in der Schwangerschaft fluorhaltige Zahnpaste verwenden soll oder nicht.
In der lebhaften Diskussion nach einem Bericht darüber in U.S.
-Medscape (2) schrieben etliche Teilnehmer, vielleicht nicht ganz ernst
gemeint, man dürfe zumindest „nicht die Zahnpaste immer verschlucken….“.
Morteza Basash kommentierte: „This is a piece of a puzzle. We need to
do more work to identify the nature of the effect. And we have a lot of
uncertainty in the results” (2).

Helmut Schatz

System zur Kartierung des Weltalls erfasst Knochenschwund-Risiko genauer

München (pte/20.10.2005/06:35) – Auf den ersten Blick wirken die beiden
Wissenschaftsdisziplinen extraterrestrische Physik und Knochenmedizin
nicht zusammengehörig. Verkleinert man jedoch das Weltall auf
rechnerischem Weg und schrumpft die Sternsysteme zu Punkten, kommt ein
Bild zum Vorschein, das der Struktur eines durch Osteoporose
geschädigten Knochens gleicht. Das System zur Kartierung des Weltalls
erfasst das Osteoporose-Risiko wesentlich präziser als andere Methoden.
Die Forscher des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik
http://www.mpe.mpg.de haben das Verfahren zusammen mit Medizinern des
Münchner Klinikums rechts der Isar http://www.med.tu-muenchen.de
entwickelt.

Bisher wurde Osteoporose mithilfe von Knochendichtemessungen, die den
Mineralgehalt des Knochens angibt, erfasst. Das Verfahren weist
allerdings einige Schwachpunkte auf, da es immer wieder Patienten gibt,
die zwar normale Werte aufweisen, dennoch unter so genannten
osteoporotischen Frakturen leiden. Wie die beiden Forscher der
unterschiedlichen Disziplinen auf diese Idee gekommen sind, schildert
Christoph Räth von der Abteilung Theorie und komplexe Plasmen am
Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching im
pressetext-Gespräch. "Der Mediziner Thomas Link hat das Problem der
Osteoporose geschildert und Bilder gezeigt", so der Wissenschaftler,
der daraufhin die Ähnlichkeit der Struktur mit jener des Weltalls und
den dort vorkommenden Strukturen erkannt hat.

Erfasst wird das ganze mit Magnetresonanztomographen. "Es handelt sich
dabei nicht um eine bessere Bildgebung, sondern um eine
anspruchsvollere und erweiterte Auswertung des Bildmaterials", erklärt
Räth, der sich mit Fragen der theoretischen Astrophysik wie etwa der
Entstehung des Weltalls beschäftigt. Vor Zeiten gab es nichts weiter
als eine heiße Ursuppe, erfüllt mit Energie und ersten, einfachen
Teilchen. Darin liefen physikalische Prozesse ab, die sich in der
Rückschau bisher nur erahnen lassen. Das Ergebnis dieser Prozesse ist
der Kosmos, wie er sich den heutigen Messungen darstellt: mit großen
Massen, konzentriert in Galaxien, zwischen denen sich riesige, fast
leere Räume erstrecken. Vor rund 20 Jahren kamen die Forscher zur
Erkenntnis, dass das All einer Schaumstruktur gleicht. Die Mehrzahl der
Galaxien liegt auf virtuellen Kugelschalen, die aneinander kleben wie
in einem kosmischen Schwamm. Der Schaum erweist sich als äußerst
komplex. Bei der Charakterisierung dieser Strukturen wurden nun
verfeinerte mathematische Beschreibungen entwickelt. Sie geben für
jeden Raumpunkt an, ob er isoliert steht oder zu einer linien- oder gar
flächenartigen Struktur gehört, und wie stark er mit seiner Umgebung
vernetzt ist. Beides liefert ein Maß für die räumliche Anordnung und
Verteilung der Galaxien

"Diese Verfahren bestimmen die Dimensionalität für Strukturen", erklärt
Räth. Das sei auch bei der Osteoporose anwendbar. Auch dabei verändern
sich die Strukturen. Die beiden Wissenschaftler haben zunächst die
Knochenstruktur von Patienten mittels hoch auflösender
Magnetresonanztomografie analysiert. Diese Struktur bildet
wasserstoffhaltige Gewebe ab und liefert, da die Hohlräume des Knochens
mit Knochenmark gefüllt sind, ein Negativbild der knöchernen Substanz.
Auf die so dargestellte schwammartige Struktur wenden die Physiker dann
das Verfahren an, das für die Analyse der Weltallbilder entwickelt
wurde und gewinnen Aufschluss über die räumliche Architektur des
Knochens.