Archiv der Kategorie: Klassische Medizin

Regeneration von Nervenzellen aufgeklärt

(pte) –  Forscher der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) und Helmholtz Munich haben die Schlüsselmechanismen zur Regeneration von Nervenzellen identifiziert und zeigen, wie Gliazellen mithilfe epigenetischer Modifikationen zu Neuronen umprogrammiert werden. Dieses Wissen ebnet den Weg für neue Therapien neurologischer Erkrankungen wie Traumata, Schlaganfälle, Epilepsien und Co.

Epigenom umstrukturiert

Die Teams haben die molekularen Mechanismen untersucht, mit denen Gliazellen mithilfe eines einzigen Transkriptionsfaktors in Neuronen umgewandelt werden. Dabei haben sich die Forscher auf kleine chemische Modifikationen des Erbguts, sogenannte epigenetische Veränderungen, konzentriert.

Das Epigenom trägt dazu bei, zu kontrollieren, welche Gene in verschiedenen Zellen zu verschiedenen Zeitpunkten aktiv sind, erklären die Experten. Die Teams konnten nun zum ersten Mal zeigen, wie koordiniert die Umstrukturierung des Epigenoms durch einen einzigen Transkriptionsfaktor gesteuert wird.

Transkriptionsfaktor wichtig

Konkret beeinflusst eine posttranslationale Modifikation des reprogrammierenden neurogenen Transkriptionsfaktors Neurogenin2 die epigenetische Umstrukturierung und die neuronalen Reprogrammierung maßgeblich. Allerdings genügt der Transkriptionsfaktor allein nicht, um die Gliazellen umzuprogrammieren.

Laut den Forschern spielt das Protein, der Transkriptionsregulator YingYang1, eine Schlüsselrolle bei dem Prozess. YingYang1 ist nötig, um das Erbgut für die Umprogrammierung zu öffnen, und interagiert dafür mit dem Transkriptionsfaktor.

„Das Protein Ying Yang 1 ist entscheidend, um die Umwandlung von Astrozyten in Neuronen zu erreichen. Diese Erkenntnisse sind wichtig, um die Reprogrammierung von Gliazellen zu Neuronen zu verstehen und zu verbessern, und bringen uns damit therapeutischen Lösungen näher“, so LMU-Teamleiterin Magdalena Götz.

Multiples Myelom – aggressive Tumoren früh erkennen

(mdc) – Das Multiple Myelom ist eine der häufigsten Krebserkrankungen der Immunzellen des Knochenmarks. Trotz therapeutischer Fortschritte und der Einführung neuer zellulärer Immuntherapien gibt es für das Multiple Myelom heute noch keine Heilung. Auch wenn die Behandlung zunächst anschlägt, kehrt der Krebs zurück. Um schneller und zielgerichteter eingreifen zu können, haben Forschende um Professor Jan Krönke, Medizinische Klinik mit Schwerpunkt Hämatologie, Onkologie und Tumorimmunologie der Charité – Universitätsmedizin Berlin, und Dr. Philipp Mertins, Leiter der Technologieplattform Proteomik von Max Delbrück Center und Berlin Institute of Health in der Charité (BIH) zusammen mit weiteren Partnern die Erkrankung umfassend molekular untersucht. Wie sich besonders aggressive Tumorvarianten frühzeitig erkennen lassen, beschreibt das Team jetzt im Fachmagazin „Nature Cancer“. Es zeigt auf, wie sich Veränderungen im Erbgut auf das Protein-Profil der Tumorzellen und damit auf die Krankheitsmechanismen auswirken. 
 
Beim Multiplen Myelom entarten Immunzellen des Knochenmarks, die Plasmazellen. Plasmazellen sind für die Produktion von Antikörpern verantwortlich. Jeder Mensch verfügt über eine Vielzahl unterschiedlicher Plasmazellen, die unterschiedliche Antikörper in großer Zahl bilden. So kann der Körper verschiedene Krankheitserreger erkennen und bekämpfen. Im Fall des Multiplen Myeloms entwickelt sich eine einzelne Plasmazelle zur Tumorzelle. Sie vermehrt sich ungehemmt und bildet eine monoklonale Zellpopulation, das heißt, es entstehen viele Zellen, die alle exakt gleich und zunächst genetisch identisch sind. Auch sie produzieren oft Antikörper in großer Zahl oder Bruchstücke von ihnen – jedoch sind diese funktionslos. Im Verlauf der Krankheit entstehen meist mehrere Tumorherde an vielen Stellen des Knochenmarks, daher der Name: Multiples, also vielfaches, Myelom. Immunschwäche, Nierenversagen, Knochenabbau und Knochenbrüche sind nur einige der Folgen des unkontrollierten Zellwachstums. 
 
Welchen Weg schlägt der Tumor ein?
 
Jede Krebserkrankung ist anders, so auch beim Multiplen Myelom. Tumorherde entwickeln sich individuell verschieden und mit unterschiedlicher Geschwindigkeit. Das erschwert eine Einschätzung des Krankheitsverlaufs und die Wahl der optimalen Behandlung. Während sich veränderte Plasmazellen manchmal nur wenig verbreiten, verhalten sie sich in anderen Fällen äußerst aggressiv, was mit einer schlechten Perspektive für den weiteren Krankheitsverlauf einhergeht.
 
Was also macht die Verläufe bei Multiplem Myelom so unterschiedlich? Gemeinsam mit Expert*innen für Proteinanalysen des Max Delbrück Center und des BIH haben die Forschenden genetische und molekulare Veränderungen in den Tumorzellen bei einer Gruppe von mehr als einhundert Erkrankten im Detail untersucht. Eingeflossen sind Daten von Patient*innen der Deutschen Studiengruppe Multiples Myelom (DSMM), die am Universitätsklinikum Würzburg koordiniert wird. Die Forschenden konnten somit klinische Daten von einheitlich behandelten Patient*innen über einen Zeitraum von acht Jahren und länger nach der Erstdiagnose einbeziehen.
 
Systemmedizin und sehr große Datenmengen
 
Während für andere Krebsarten die Veränderungen im Genom und ihre Auswirkungen auf das Proteom bereits gut beschrieben sind, ist dies die erste umfangreiche proteogenomische Studie für das Multiple Myelom. „Um die Krankheitsmechanismen aufzuklären, reichen Daten zur Genetik allein nicht aus“, sagt Philipp Mertins. „Wir wollten wissen, welche Folgen genetische Veränderungen auf der Ebene der Proteine haben und diese molekularbiologischen Daten mit dem tatsächlichen Verlauf bei den Patientinnen und Patienten abgleichen.“ Bei der Erhebung und Auswertung der umfangreichen Datenmengen hatte das Team Unterstützung durch die Expert*innen an Charité, BIH und des Deutschen Konsortiums für Translationale Krebsforschung (DKTK).
 
Neueste massenspektrometrische Methoden ermöglichten es, das Proteinprofil entarteter Plasmazellen zu erstellen und mit dem Profil gesunder Plasmazellen von nicht erkrankten Personen zu vergleichen. Das Ergebnis: Sowohl genetische Veränderungen als auch Veränderungen in den Signalwegen führen zu einer unkontrollierten Aktivierung der Krebszellen. Regulatorische Prozesse auf Proteinebene hatten dabei den stärkeren Einfluss. Die Forschenden konnten eine Proteinkonstellation ausfindig machen, die unabhängig von bekannten Risikofaktoren auf einen besonders aggressiven Krankheitsverlauf hinweist. 
 
Aufbruch zu neuen Therapien
 
„Die Erkenntnisse werden dazu beitragen, Patientinnen und Patienten künftig besser in Untergruppen einzuteilen und damit die Therapie zu personalisieren“, folgert Jan Krönke. „Wir haben wichtige Proteine und Signalwege identifiziert, die Grundlage für noch besser wirksame und verträglichere Therapien für das Multiple Myelom sein können, zum Beispiel für Immuntherapien wie die CAR-T-Zell-Therapie.“ Welche der gefundenen Zielstrukturen für neue therapeutische Ansätze tatsächlich infrage kommen, werden die Forschenden in weiteren Schritten untersuchen.
 
Für die Forschung und die anwendungsbezogene Entwicklung ist die Studie eine zentrale Ressource, betont Dr. Evelyn Ramberger, Erstautorin der Studie: „Um den komplexen Datensatz handhabbar zu machen, haben wir ein interaktives und frei verfügbares Online-Tool programmiert.“ Damit haben Krebsforscher*innen einen einfachen Zugang zu den Ergebnissen und können die Informationen für die Entwicklung neuer Therapien und Tests zur Therapiesteuerung nutzen. So könnten Patient*innen mit einer besonders aggressiven Form des Multiplen Myeloms möglicherweise gleich zu Beginn mit einer intensiveren Therapie behandelt werden.
 
Massenspektrometrie
 
Die Massenspektrometrie ist ein technisches Verfahren zur Analyse der Masse von Molekülen und Atomen. Die zu untersuchende Substanz wird dabei ionisiert und in eine Gasphase überführt. Die entstandenen Ionen werden mithilfe eines elektrischen Feldes stark beschleunigt und in der Analyseeinheit des Massenspektrometers nach dem Verhältnis ihrer Masse zu ihrer Ladung sortiert. Das Massenspektrum einer Substanz gibt Aufschluss über ihre molekulare Zusammensetzung. Daher eignet sich die Massenspektrometrie zur Identifizierung, Charakterisierung und Quantifizierung einer Vielzahl von Biomolekülen, wie Proteinen, Metaboliten, Zuckern und Fetten, die sich je nach Krankheitsbild und Individuum anders verhalten.
 
Über die Studie
 
Die Studie wurde unterstützt durch das Deutsche Konsortium für Translationale Krebsforschung (DKTK), die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), Mass spectrometry in Systems Medicine (MSCorSys), die Wilhelm-Sander-Stiftung und die Berliner Krebsgesellschaft. Neben Forschenden der Charité, des Berlin Institute of Health in der Charité (BIH) und des Max Delbrück Center haben Expert*innen des Deutschen Krebsforschungszentrums (DKFZ) sowie der Universitätskliniken Würzburg und Ulm, und die Deutsche Studiengruppe Multiples Myelom (DSMM, Koordination: Professor Stefan Knop und Professor Hermann Einsele), maßgeblich zu den Arbeiten beigetragen.

Mikroplastik wandert vom Darm ins Gehirn

(pte) – Mikroplastik kann sich vom Darm auf lebenswichtige Organe des Körpers wie das Gehirn, die Leber und die Nieren ausbreiten, zeigt eine an Mäusen durchgeführte Studie von Marcus Garcia vom University of New Mexico College of Pharmacy. Dabei wurde untersucht, wie sich die Aufnahme von Mengen an Mikroplastik bei den Tieren auswirkt, wie sie auch in der Umwelt zu finden sind. Laut den in „Environmental Health Perspectives“ veröffentlichten Erkenntnissen kann Mikroplastik zu Stoffwechselveränderungen und damit auch zu systemischen Wirkungen führen.

„Erhebliche Auswirkungen“

„Die Auswirkungen unserer Forschungsergebnisse auf die menschliche Gesundheit sind erheblich“, so Garcia. Mikroplastik sei heute in der Umwelt sehr stark vertreten. Davon betroffen seien der Boden, Nahrungsmittel und Wasser. Die Forscher haben für diese Studie Mikroplastik als Partikel definiert, die kleiner als fünf Millimeter sind.

Die Mäuse wurden über die Nahrung verschiedenen Mengen von Polystyrol oder Mikrokügelchen aus gemischten Polymeren ausgesetzt. In der Folge untersuchten die Forscher das Serum, Gehirn, Leber, Nieren und auch das Gewebe des Dickdarms auf das Vorhandensein von Mikroplastik.

Als Ergebnis konnten die Forscher zeigen, wie sich Mikroplastik auch in andere, weit entfernte Bereiche des Körpers ausbreitet. In Dickdarm, Leber und Gehirn kam es zudem zu spezifischen Stoffwechselveränderungen. Die Art der Veränderungen hing dabei davon ab, wie groß die Belastung der Mäuse gewesen ist und welcher Art von Mikroplastik sie ausgesetzt waren.

Mehr Forschung nötig

Da diese wissenschaftliche Untersuchung an Mäusen durchgeführt wurde, sind laut Garcia weitere Erhebungen erforderlich, um zu bestätigen, dass sich diese Ergebnisse auch auf den Menschen anwenden lassen. Derzeit erforscht Garcia bereits, wie Mikroplastik in das Gehirn gelangt.

Zusätzlich werden neue Verfahren dazu eingesetzt, die Ansammlung von Mikroplastik im menschlichen Gehirn, der Leber und den Nieren zu untersuchen. Sie werden dafür mittels Pyrolyse-Gaschromatographie/Massenspektrometrie aus dem biologischen Gewebe isoliert und anschließend quantitativ bestimmt.

Body Mass Index ungeeignet im Alter

(pte) – Der Body Mass Index (BMI) gilt seit jeher als Indikator für normales beziehungsweise zu hohes Körpergewicht von Menschen. Wer mehr als 30 Kilo pro Quadatmeter (kg/m²) hat, gilt als fettleibig, so die allgemeine Überzeugung. Doch Forschungsergebnisse, die kürzlich auf dem European Congress on Obesity in Venedig vorgestellt wurden, deuten darauf hin, dass der derzeitige BMI-Fettleibigkeits-Grenzwert für Erwachsene, die älter sind als 40 Jahre, möglicherweise nicht geeignet ist. Experten empfehlen daher einen niedrigeren Grenzwert von 27 kg/m².

Muskeln und Fett verändert

Der BMI ist der Quotient aus Körpergewicht und dem Quadrat der Körpergröße in Metern. Diese Anpassung könnte zu einer genaueren Gesundheitsbewertung und einem besseren Management von Adipositas-bedingten Erkrankungen in der Bevölkerung mittleren und höheren Alters führen. Adipositas ist eine chronische Krankheit, die durch übermäßige Fettablagerungen definiert ist, und ihre Identifizierung auf der Grundlage der Menge an Körperfett scheint die genaueste Methode zu sein.

In Anbetracht der Veränderungen der Körperzusammensetzung mit zunehmendem Alter, wie eine Zunahme des Körperfetts und eine Abnahme der fettfreien Masse (Muskeln, die nach dem 30. Lebensjahr um fast fünf Prozent pro Jahrzehnt abnehmen), ist die Verwendung des derzeitigen BMI-Grenzwerts als Indikator für Fettleibigkeit für alle Altersgruppen möglicherweise nicht mehr angemessen, so die Wissenschaftler.

Test bei 4800 Erwachsenen

Die neue BMI-Empfehlung basiert auf der Klassifizierung von Fettleibigkeit bei Italienern mittleren und höheren Alters. Forscher der Universitäten Rom Tor Vergata und Modena und Reggio Emilia sowie der Arabischen Universität Beirut haben 4.800 Erwachsene (61,5 Prozent Frauen im Alter von 40 bis 80 Jahren) auf ihren Körperfettanteil und den Zusammenhang mit dem individuellen BMI untersucht.

Viele Teilnehmer mit einem BMI, der auf ein gesundes Gewicht hindeutet, wurden bei Berücksichtigung des Körperfettanteils als fettleibig eingestuft. Letztlich hatten etwa 38 Prozent der Männer und 41 Prozent der Frauen einen BMI von 30 kg/m² oder mehr nach den WHO-Kriterien, was auf Fettleibigkeit hindeutet. Bei einer Bewertung nach dem Körperfettanteil wurden jedoch etwa zwei Drittel der Männer (71 Prozent) und Frauen (64 Prozent) als fettleibig eingestuft. Die Auswertung hat ergeben, dass der ideale BMI-Grenzwert zur Erkennung von Fettleibigkeit für Männer und Frauen ab 40 Jahren bei 27 kg/m² liegt.

Antibiotikum unterscheidet Gut und Böse

(pte) – Forscher der University of Illinois Urbana-Champaign haben ein neuartiges Antibiotikum gegen Superbugs entwickelt. Das Präparat greift jedoch wichtige Bakterien im Darm für die Gesunderhaltung nicht an. „Heute eingesetzte Antibiotika töten gute Bakterien ab, während sie die Infektion behandeln“, sagt Paul Hergenrother, der das Präparat gemeinsam mit seiner ehemaligen Doktorandin Kristen Muñoz geschaffen hat. „Wir brauchen eine neue Generation von Antibiotika, die nur die pathogenen Bakterien abtöten und nicht die nützlichen.“

Kahlschlag angesagt

Antibiotikabedingte Störungen des Darmmikrobioms erhöhen die Anfälligkeit für weitere Infektionen und können zu Magen-Darm-, Nieren- und Leberproblemen führen. „Die meisten klinisch zugelassenen Antibiotika töten nur grampositive Bakterien ab oder sowohl grampositive als auch gramnegative“, ergänzt Muñoz. Grampositive und gramnegative Bakterien unterscheiden sich durch ihre Zellwände. Grampositive haben keine, sind also leichter zu bekämpfen. Gramnegative Bakterien haben dagegen eine doppelte Schutzschicht, die schwerer zu durchdringen ist.

Das Team hat sich auf eine Reihe von Medikamenten konzentriert, die das Pharmaunternehmen AstraZeneca entwickelt hat. Diese hemmen das sogenannte Lipoprotein-Transportsystem, das es nur bei gramnegativen Bakterien gibt und das sich bei pathogenen und nützlichen Mikroben genetisch unterscheidet. Da die AstraZeneca-Antibiotika in Zellkulturexperimenten zwischen nützlichen und pathogenen gramnegativen Bakterien unterscheiden können, sind sie vielversprechende Kandidaten für weitere Untersuchungen, verdeutlicht Hergenrother.

Erfolgsquote 90 Prozent

In einer Reihe von Experimenten hat Muñoz strukturelle Variationen der Präparate entwickelt und ihr Potenzial zur Bekämpfung gramnegativer und grampositiver Bakterien in Zellkulturen untersucht. Eine der neuen Verbindungen, Lolamicin, wirkte selektiv gegen einige „Laborstämme gramnegativer Krankheitserreger wie Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae und Enterobacter cloacae“. Lolamicin hatte keine nachweisbare Wirkung auf gram-positive nützliche Bakterien in Zellkulturen. In höheren Dosen tötete Lolamicin bis zu 90 Prozent der gefährlichen Bakterien.

Die positiven Auswirkungen zeigten sich auch in Experimenten mit Mäusen. „Das Mikrobiom der Maus ist ein gutes Werkzeug für die Modellierung menschlicher Infektionen, da die Darmmikrobiome von Mensch und Maus sehr ähnlich sind“, unterstreicht Muñoz. Das lässt darauf hoffen, dass das modifizierte Medikament in naher Zukunft an Menschen eingesetzt werden kann.

Innovative Immuntherapie gegen malignes Melanom (schwarzer Hautkrebs)

(HZDR) – Jedes Jahr sterben in Deutschland Tausende an schwarzem Hautkrebs. Um diese Zahl zu senken, starten drei sächsische Einrichtungen ein vielversprechendes Forschungsprojekt: Mit „KI-CARs“ wollen das Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie IZI, die Universität Leipzig und das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) die Immuntherapie entscheidend weiterentwickeln. Das Ziel lautet, mit Hilfe von Künstlicher Intelligenz die körpereigene Immunabwehr gezielt zu aktivieren, um den Tumor wirksamer und zugleich nebenwirkungsärmer zu bekämpfen.
 
In der Bundesrepublik erkranken jährlich fast 24.000 Menschen am malignen Melanom: dem schwarzen Hautkrebs. Die Tumorart ist besonders aggressiv. Wird sie nicht frühzeitig erkannt, bildet sie Metastasen, also Tochtergeschwülste in anderen Körperteilen. Trotz moderner Therapien liegt die 10-Jahres-Überlebensrate bei fortgeschrittenem Krankheitsverlauf derzeit bei unter 20 Prozent. Damit bleibt die Behandlung trotz intensiver Forschung eine große Herausforderung.
Eines der heutigen Behandlungsverfahren ist die Immuntherapie. Sie soll verhindern, dass Tumorzellen die Immunantwort des Körpers unterdrücken. „Eigentlich ist unser Immunsystem in der Lage, Tumorzellen zu erkennen und zu bekämpfen“, erläutert HZDR-Forscherin Dr. Anja Feldmann. „Doch unglücklicherweise können Tumorzellen das Immunsystem so beeinflussen, dass es den Krebs nicht mehr erkennt.“ Die Immuntherapie versucht diesen Täuschmechanismus auszuhebeln: Spezielle Medikamente, sogenannte Immun-Checkpoint-Inhibitoren, blockieren Proteine, die die Krebszellen nutzen, um das Immunsystem zu unterdrücken. Dadurch können die T-Zellen – die Killerzellen des Immunsystems – die Tumorzellen besser erkennen und bekämpfen.
Künstliche Rezeptoren spüren Tumorzellen auf
Das Problem: Die Therapie kann mit erheblichen Nebenwirkungen einhergehen. Zudem spricht mehr als die Hälfte der Behandelten gar nicht auf die Medikamente an – zu unterschiedlich sind die vorkommenden Tumorarten. Deshalb versucht es das Team aus Leipzig und Dresden nun mit einem personalisierten Konzept, der tumorspezifischen CAR-T-Zell-Immuntherapie. Das Prinzip: Den Erkrankten wird Blut abgenommen, aus der Blutprobe werden T-Zellen isoliert. Sie werden per Gentechnik mit künstlichen Rezeptoren versehen, den chimären Antigenrezeptoren (CAR). Diese agieren wie Fühler, mit deren Hilfe die T-Zellen bestimmte Marker auf den Krebszellen erkennen können. Die Immunabwehr wird aktiviert und kann die Tumorzellen gezielt angreifen.
Bei bestimmten Blutkrebs-Arten hat die Methode bereits einigen Erfolg. Mit dem KI-CARs-Projekt wollen die Fachleute das Verfahren nun auf die Behandlung von schwarzem Hautkrebs übertragen. Die Herausforderung: „Anders als beim Blutkrebs handelt es sich beim Melanom um solide Tumoren“, beschreibt Feldmann. „Diese Tumoren können die Immunreaktion besonders gut unterdrücken, außerdem fällt es den T-Zellen schwerer, in sie einzudringen.“ Zudem drohen auch hier gravierende Nebenwirkungen: Die aktivierten T-Zellen können übers Ziel hinausschießen und neben dem Tumor auch gesunde Zellen attackieren oder im Körper eine regelrechte Entzündungs-Lawine auslösen, einen Zytokinsturm.
Schaltmolekül reduziert Nebenwirkungen
Um diese Risiken zu minimieren, nutzen Anja Feldmann und ihr Team am HZDR eine neue Variante. Statt nur eines künstlichen Rezeptors setzen die Fachleute zwei Komponenten ein. „Zwar bestücken auch wir die T-Zellen mit einem Rezeptor“, erklärt die Forscherin. „Allerdings ist dieser Rezeptor allein noch nicht in der Lage, Krebszellen aufzuspüren.“ Aktiv wird er erst, wenn ein weiteres Molekül dazukommt – das Target-Molekül, quasi der Einschalter. Dadurch gewinnt die Therapie an Sicherheit: Sollten sich während der Infusion Anzeichen von schwerwiegenden Nebenwirkungen zeigen, kann die Gabe des Schaltmoleküls sofort unterbunden werden. Dadurch werden die T-Zellen innerhalb kurzer Zeit inaktiv, die unerwünschte Nebenwirkung lässt rasch nach. „Unser Ansatz scheint im Prinzip zu funktionieren, wie erste vielversprechende Daten zeigen“, sagt Feldmann.
Vor allem geht es bei KI-CARs auch darum, möglichst brauchbare Marker auf den Krebszellen zu identifizieren, die den Immunzellen als Erkennungsmerkmal dienen. Ideal wäre es, die Marker würden hauptsächlich auf den Tumorzellen vorkommen – dann wäre die Therapie zugleich wirksam und nebenwirkungsarm. Um solche Marker aufzuspüren, werden die Leipziger Partnereinrichtungen moderne Methoden der Gensequenzierung verwenden. Dabei kommen Unmengen an komplexen Datensätzen zusammen. Um sie zu analysieren, wollen die Fachleute KI-Algorithmen einsetzen. Zudem soll Künstliche Intelligenz helfen, Target-Moleküle zu designen, um Krebszellen über einzelne oder verschiedene Marker in Kombination aufzuspüren und damit die Therapie möglichst effektiv und sicher zu gestalten. „Mit unserem Grundlagenprojekt wollen wir zeigen, dass unser Ansatz im Prinzip umsetzbar ist“, erläutert Anja Feldmann. „Doch bis zu einer Zulassung ist der Weg noch weit, dafür wird es aufwändige klinische Studien brauchen.“
Das Projekt „KI-basierte Entwicklung tumorspezifischer CAR-T-Zell-Immuntherapie beim malignen Melanom“ ist am 1. Juni 2024 gestartet und hat eine Laufzeit von drei Jahren. Hauptantragsteller und Projektkoordinator ist das Fraunhofer‐Institut für Zelltherapie und Immunologie IZI (Projektleiterinnen: Dr. Conny Blumert, Dr. Kristin Reiche), beteiligte Partner sind neben dem HZDR die Hautklinik und das Institut für Wirkstoffforschung des Universitätsklinikums und der Medizinischen Fakultät Leipzig (Projektleiter*in: Prof. Manfred Kunz, Jun.‐Prof. Clara T. Schoeder). Die Sächsische Aufbaubank fördert das Projekt mit einer Gesamtsumme von 780.000 Euro.
Die Maßnahme wird mit Steuermitteln auf Grundlage des vom Sächsischen Landtag beschlossenen Haushaltes mitfinanziert.

Long Covid: Symptome bei Kindern vielfältig

(pte) – Die Symptome, die bei Kindern mit Long Covid in Verbindung gebracht werden, unterscheiden sich je nach dem Alter. Das zeigt eine groß angelegte Studie unter der Leitung der New York University Grossman School of Medicine. Damit soll auch die Behandlung von Kindern besser abgestimmt werden. Die Forscher haben die Symptome bei Kindern charakterisiert und wie sich diese je nach Alter unterscheiden. Dafür wurden die Kinder in Gruppen aufgeteilt, die von der Geburt bis zu jungen Erwachsenen reichten. Zudem wurden die anhaltenden Symptome bei Teilnehmern mit und ohne Covid-Vorgeschichte verglichen.

Breites Symptomspektrum

Kinder im Schulalter, Jugendliche und junge Erwachsene verfügen zudem über viele anhaltende Symptome. Dazu gehören wenig Energie, Müdigkeit nach dem Gehen, Kopfschmerzen, Schmerzen in Körper, Muskeln und Gelenken, ein Schwindelgefühl oder Benommenheit, Probleme bei der Konzentration oder der Fokussierung und Symptome im Bereich von Magen und Darm wie Übelkeit und Erbrechen.

Manche dieser Symptome unterschieden sich jedoch nach dem Alter. Im Schulalter treten mehr anhaltende Phobien oder Ängste vor bestimmten Dingen sowie die Schulverweigerung auf. Heranwachsende haben mehr Angst vor Menschenmengen oder geschlossenen Räumen und leiden auch häufiger unter Panikattacken. Veränderungen beim Geruchs- oder Geschmackssinn werden öfter von Jugendlichen und jungen Erwachsenen beschrieben. Schmerzen im Brustbereich und Herzrasen sind hingegen bei jungen Erwachsenen weitverbreitet. Das gilt laut den Experten allerdings nicht für alle jüngeren Kinder.

Kleinkinder weniger betroffen

Kinder unter fünf Jahren verfügen jedoch eher über allgemeine Symptome wie wenig Appetit, Schlafprobleme, Aufgeregtheit und anhaltende Symptome im Bereich der Atemwege. Dazu zählen eine verstopfte Nase und Husten. Laut Studienautorin Rachel Gross sind diese wissenschaftlichen Ergebnisse wichtig, da Ärzte Long Covid so richtig diagnostizieren und behandeln können. Für die Studie sind 7.229 Betreuungspersonen und Kinder befragt worden, die, an einer Studie des Projekts „National Institutes of Health’s Researching COVID to Enhance Recovery“ teilgenommen haben. 75 Prozent der Teilnehmer hatten angegeben, dass sie eine Covid-19-Infektion hatten.

Künstliche DNA – 12 Millionen für Forschung

Meine persönliche Meinung:

gelegentlich werden Wissenschaften so, wie sie sind, übernommen. Bei diesem Forschungsobjekt möchte ich aber meine Bedenken anmelden:

Der  Manipulation der biologischen Welt öffnet das Tür und Tor. Ich hoffe, dass da auch Forscher, die sich mit Ethik beschäftigen, integriert werden. In der Bibel wird der Turmbau zu Babel und sein Schicksal beschrieben. Mit der künstlichen Intelligenz ist heute alles möglich. Ich möchte nur den Zauberlehrling von Goethe zitieren: ‚Die Geister, die ich rief, die werd‘ ich nicht mehr los‘, um Faust zu zitieren:

Jean Pütz

(KIT) – Die Anwendung und Entwicklung neuer Technologien der DNA-Synthese voranzutreiben, um den Weg für die Herstellung ganzer künstlicher Genome zu ebnen – das ist das Ziel eines neuen interdisziplinären Zentrums, das an der Universität Heidelberg, dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) entsteht. Im Center for Synthetic Genomics sollen neue Entwicklungen in der Synthetischen Genomik durch Grundlagenforschung und Technologieentwicklung unter Einsatz von Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI) angestoßen werden. Den Aufbau fördert die Carl-Zeiss-Stiftung (CZS) über einen Zeitraum von sechs Jahren mit insgesamt zwölf Millionen Euro.

Langfristig soll es so möglich werden, lange DNA-Sequenzen für Anwendungen in der Forschung, den Nanomaterialwissenschaften oder der Medizin zu entwerfen und herzustellen. Erster Sprecher des neuen Zentrums ist der Systembiologe Professor Michael Knop, stellvertretender Direktor des Zentrums für Molekulare Biologie der Universität Heidelberg (ZMBH).

Waren die vergangenen zwei Jahrzehnte in der Genomforschung von der Entwicklung neuer Genom-Sequenziertechniken geprägt, wird es zukünftig möglich sein, mithilfe neuartiger Verfahren der DNA-Synthese und Genomassemblierung Genome immer schneller und einfacher zu verändern und sogar vollständig neue Genome herzustellen. Diese Vision wird das Carl-Zeiss-Stiftung Center for Synthetic Genomics Heidelberg – Karlsruhe – Mainz (CZS Center SynGen) in den kommenden Jahren verfolgen. Dazu wollen die beteiligten Forscherinnen und Forscher der drei Universitäten auch mithilfe von KI-basierten Analyse- und Modellierungsverfahren synthetische DNA-Sequenzen entwerfen, um damit das Genom von Organismen gezielt zu verändern und mit neuen Funktionalitäten zu versehen. Ziel ist es, daraus sogenannte Biologika, das heißt biotechnologisch hergestellte Produkte, zu gewinnen. Sie sollen langfristig genutzt werden, um bio-basierte Arzneien herzustellen, Gentherapien für Krankheiten zu entwickeln, schädlingsresistente Pflanzen zu züchten, Biotreibstoffe zu produzieren oder die Forschung an neuartigen Materialien voranzutreiben.

„Mit den CZS Centern bündeln wir Expertisen über Standorte und Disziplinen hinweg. Gerade die Lebenswissenschaften benötigen eine hohe Interdisziplinarität. Im CZS Center SynGen soll die Herstellung künstlicher DNA vorangetrieben und das immense Potenzial für Forschung, Medizin und darüber hinaus nutzbar gemacht werden“, erklärt Dr. Felix Streiter, Geschäftsführer der Carl-Zeiss-Stiftung, die Motivation zur Förderung des zweiten CZS Centers in Deutschland.

„Das Center for Synthetic Genomics bündelt die Kompetenzen dreier forschungsstarker Einrichtungen, die nun gemeinsam von der Grundlagenforschung bis zur Technologieentwicklung an einem wichtigen Zukunftsfeld arbeiten“, so Professor Oliver Kraft, in Vertretung des Präsidenten des KIT. „Ziel sind vielfältige Anwendungen in der Biotechnologie, etwa für die Medizin, aber auch für die Materialwissenschaften. Wir freuen uns sehr, mit unserem Know-how dazu beizutragen.“

Synthetische Genomik

„Die Synthetische Genomik ist ein junges, aber global rasant wachsendes Forschungsgebiet mit Transferpotenzial für verschiedene gesellschaftlich relevante Herausforderungen. In unserem neuen Zentrum bündeln wir die komplementäre Expertise der drei forschungsstarken Universitäten Heidelberg, Karlsruhe und Mainz in den Lebenswissenschaften, dem Molecular Systems Engineering und der biomedizinischen Forschung. So wollen wir alle Schritte der Synthetischen Genomik vom Design über die Herstellung bis hin zur Anwendung von synthetischen genetischen Materialien und Organismen steuern“, sagt der Sprecher des Zentrums, Professor Michael Knop. „Das neue Center wird uns eine einzigartige Gelegenheit geben, die verschiedenen Expertisen und Disziplinen neu zu verknüpfen. Vor allem der Diskurs von Biologie und Medizin mit Expertinnen und Experten in Simulation und Modelling wird uns neue Wege aufzeigen, nicht nur um synthetische Genome zu generieren, sondern auch um natürliche und artifizielle Modifikationen und epigenetische Mechanismen besser zu verstehen und zu nutzen“, erklärt Professorin Sylvia Erhardt, Molekularbiologin am KIT. Dem dreiköpfigen Direktorium des CZS Center SynGen gehört neben Knop und Erhardt auch der biophysikalische Chemiker Professor Edward Lemke von der Universität Mainz an.

Das CZS Center SynGen hat seine Arbeit im Januar 2024 aufgenommen. An den drei Standorten arbeiten Forscherinnen und Forscher verschiedener Disziplinen zusammen, darunter aus Biologie, Biochemie, Biophysik, Biotechnologie, Synthetischer Biologie und Bioengineering, aber auch Philosophie und Rechtswissenschaft sowie Genomik, Immunologie, Epigenetik, Virologie und Data Science. Dazu sollen weitere internationale Expertinnen und Experten sowie Nachwuchsforschende für die Arbeit in dem neuen Zentrum gewonnen werden. Zudem wird in Heidelberg ein Kompetenzzentrum für die Synthese synthetischer DNA eingerichtet, das sogenannte CZS Center Synthetic DNA Accelerator Lab. In Karlsruhe wird die bereits bestehende Virtual Material Platform um eine DNA-Unit erweitert, um die Expertise des multiskalierten Modellings und des virtuellen Designs auf Nukleinsäuren wie DNA zu erweitern. In das CZS Center SynGen eingebunden sind auch Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums und des Heidelberg Institute for Theoretical Studies, ebenso wie externe Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft.

Offiziell eröffnet wurde das CZS Center SynGen mit einer Festveranstaltung am 4. März 2024 an der Universität Heidelberg. Daran nahmen neben den federführenden Forschenden auch Vertreterinnen und Vertreter der Carl-Zeiss-Stiftung sowie der beteiligten Universitäten teil.

Über die Carl-Zeiss-Stiftung

Die Carl-Zeiss-Stiftung hat sich zum Ziel gesetzt, Freiräume für wissenschaftliche Durchbrüche zu schaffen. Als Partner exzellenter Wissenschaft unterstützt sie sowohl Grundlagenforschung als auch anwendungsorientierte Forschung und Lehre in den MINT-Fachbereichen (Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik). 1889 von dem Physiker und Mathematiker Ernst Abbe gegründet, ist die Carl-Zeiss-Stiftung eine der ältesten und größten privaten wissenschaftsfördernden Stiftungen in Deutschland. (jho)

Denkender Mensch – wie kam es dazu

(IDIV) – Amsterdam/Leipzig/Jena. In Jäger- und Sammlergesellschaftenbilden bereits Kinder geschlechtsspezifische Fähigkeiten zurNahrungssuche aus, um besondere Nahrung verfügbar zu machen. DieseErrungenschaft sowie das Teilen von Nahrung könnte es der menschlichenSpezies ermöglicht haben, ein wesentlich größeres Gehirn zuentwickeln als unsere nächsten lebenden Verwandten. Zu diesem Schlusskommen Forschende der Universität Amsterdam (UvA), des DeutschenZentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv), desMax-Planck-Instituts für evolutionäre Anthropologie, desHelmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) und derFriedrich-Schiller-Universität Jena. Eine stabilere Energie- undNährstoffversorgung könnte eine größere Investition indas Gehirn ermöglicht haben. Die Studie wurde in der ZeitschriftFrontiers in Ecology and Evolutionveröffentlicht.

Die Gehirne von Menschen sind dreimal so groß wie die andererPrimatenarten. Es wird angenommen, dass eine vielfältige, hochwertigeErnährung und eine lange Kindheit mit ausreichend Zeit zum Erlernenkomplexer Fähigkeiten zum Nahrungserwerb wichtige evolutionäreFaktoren für unsere großen Gehirne sind. Im Gegensatz zu anderenPrimaten zeichnet sich die menschliche Ernährung durch einegroße Vielfalt an hochwertigen und schwer zu beschaffendenNahrungsmitteln aus, wie etwa Fleisch, Fisch und Raupen sowie unterirdischeKnollen oder viele Arten von Nüssen. Um diese zu sammeln zukönnen, bedarf es komplexer Fähigkeiten zur Nahrungssuche, dievermutlich schon im frühen Alter entwickelt werden.

Um besser zu verstehen, wie der Mensch diese Fähigkeiten erlernt,begleitete das internationale Forscherteam ein Jahr lang 27 Kinder einermodernen Sammlergesellschaft in der Republik Kongo. Die BaYaka beginnenbereits im Alter von fünf Jahren mit der selbstständigenNahrungssuche in Gruppen von Gleichaltrigen. Die Forschenden untersuchtendie Methoden der Kinder bei der Nahrungssuche, die Zusammensetzung ihrerNahrung und ihr Wissen über die Pflanzenwelt auf ihren täglichenAusflügen. Neben der Beobachtung des Verhaltens führten sie auchNährwertanalysen der gesammelten Nahrung durch. Zu diesem Zweckarbeiteten die Forscher interdisziplinär mit einem Botaniker undkognitiven Verhaltensökologen der Universitäten Leiden undAmsterdam, chemischen Ökologen des iDiv, der Universität Jena unddes UFZ, Anthropologen des Max-Planck-Instituts für evolutionäreAnthropologie in Leipzig und Ernährungsökologen des CharlesPerkins Centre der Universität Sydney zusammen. Die Feldarbeit ergabeinen einzigartigen Datensatz mit 798 Stunden Beobachtung.

Die BaYaka-Kinder verbrachten ein Drittel ihrer Zeit mit der Suche undBeschaffung von Nahrung. Die Hälfte davon suchten sie unabhängigvon Erwachsenen und zeigten ein hohes Maß an Selbstständigkeit.„Ich war beeindruckt, wie geschickt die Kinder schon in einem sehrjungen Alter waren“, sagt Jorin Veen, Erstautor der Studie, der dieseUntersuchung im Rahmen seiner Masterarbeit an der UvA durchgeführthat. „Der Großteil der Nahrung waren Fallfrüchte, Samenund Knollen, aber die Kinder kletterten auch auf 40 Meter hohe Bäume,um Honig oder Früchte zu sammeln, was mitunter sehr riskant seinkann.“

Unterschiede zwischen Jungen und Mädchen

Die Ergebnisse zeigten eine früh einsetzende Spezialisierung beider Nahrungssuche. Gruppen mit mehr Jungen ernährten sich eher vonFrüchten und Samen, was oft riskante Kletterkünste erfordert,während Gruppen mit mehr Mädchen eher Knollen sammelten.„Die Knollen zu sammeln erfordert außergewöhnlicheGrabungsfähigkeiten, da die Liane, die zu den unterirdischen Knollenführt, nicht leicht zu erkennen und zu verfolgen ist“,erklärt Prof. Karline Janmaat, Betreuerin der Erstautorin undForscherin am Institut für Biodiversität undÖkosystemdynamik der UvA. „Diese frühegeschlechtsspezifische Spezialisierung der Fähigkeiten zurNahrungssuche in Verbindung mit dem hohen Grad an Nahrungsaustausch inJäger- und Sammlergesellschaften ermöglicht der menschlichenSpezies wahrscheinlich eine stabilere Energie- und Nährstoffversorgung– und die könnte es uns letztlich ermöglicht haben, uns einwesentlich größeres Gehirn zu leisten als andrePrimaten.“

„Unsere Analysen ergaben, dass vor allem die Früchte, die 40Prozent der Ernährung der Kinder ausmachten, im Vergleich zu anderenpflanzlichen Nahrungsmitteln mehr Zucker, vor allem Glukose und Fruktose,enthielten“, sagt Mitautorin Prof. Nicole van Dam. „KeinWunder, dass sie sich so sehr bemühten, sie zu beschaffen.“ Van Dam, die die chemischen Analysen betreute, war bis Oktober 2022Leiterin der Arbeitsgruppe Molekulare Interaktionsökologie am iDiv.Danach übernahm sie die Leitung des Leibniz-Instituts fürGemüse- und Zierpflanzenbau (IGZ) in Großbeeren und hältgleichzeitig ihre Professur an der Universität Jena.

Diese Forschung wurde u.a. von der Deutschen Forschungsgemeinschaft(DFG; FZT-118) finanziert.
Sebastian Tilch

 

Kochsalz und Immunsystem

(MDC) – Wer zu viel Salz isst, schwächt die Energieversorgung von regulatorischen T-Zellen. Das kann sich auf Autoimmunität auswirken, berichtet ein internationales Team – darunter Dominik Müller – in „Cell Metabolism“. Denn wenn sie lahm gelegt sind, können Immunreaktionen aus dem Ruder laufen.

Eine salzreiche Ernährung, wie sie in vielen westlichen Gesellschaften üblich ist, beeinträchtigt nicht nur den Blutdruck und das Herz-Kreislauf-System. Sie kann auch negative Auswirkungen auf die Regulation des Immunsystems haben. Denn Salz bremst regulatorische T-Zellen aus, indem es ihren Energie-Metabolismus verschlechtert. Das berichtet ein internationales Forschungsteam, koordiniert von Wissenschaftler*innen des VIB Center für Entzündungsforschung und der Universität Hasselt in Belgien und dem Max Delbrück Center in Berlin im Fachmagazin „Cell Metabolism“. Die Ergebnisse könnten die Erforschung von Autoimmun- und kardiovaskulären Erkrankungen voranbringen.

Bereits vor einigen Jahren hat das belgisch-deutsche Team gezeigt, dass zu viel Salz in unserer Ernährung den Stoffwechsel und die Energiebilanz bestimmter Zellen des angeborenen Immunsystem negativ beeinflussen kann. Monozyten oder Makrophagen funktionieren dann nicht mehr richtig, weil Salz die Kraftwerke unserer Zellen schwächt, die Mitochondrien. Beteiligt an den Studien waren Professor Dominik Müller vom Max Delbrück Center und Experimental and Clinical Research Center, einer gemeinsamen Einrichtung von Charité – Universitätsmedizin Berlin und Max Delbrück Center, sowie Professor Markus Kleinewietfeld vom VIB Center für Entzündungsforschung und der Universität Hasselt in Belgien und ihre Kolleg*innen. Nun fragten sich die Forschungsgruppen, ob übermäßiger Salzkonsum bei Zellen des adaptiven Immunsystems wie den regulatorischen T-Zellen ein ähnliches Problem auslösen könnte.

 

Wichtige Immunregulatoren

Regulatorische T-Zellen, kurz Tregs genannt, sind ein wesentlicher Bestandteil des adaptiven Immunsystems. Sie erhalten das Gleichgewicht zwischen normaler Funktion und überschießender Entzündung. Manchmal werden sie als „Immunpolizei“ beschrieben, weil sie Übeltäter wie etwa aggressive Immunzellen, die sich gegen den eigenen Körper richten, in Schach halten. Sie sorgen dafür, dass Immunreaktionen kontrolliert ablaufen – ohne den Organismus zu schädigen.Eine Fehlfunktion der Tregs könnte dazu führen, dass sich Autoimmunkrankheiten wie Multiple Sklerose entwickeln. Erst kürzlich haben Wissenschaftler*innen gezeigt, dass die Mitochondrien der Tregs bei betroffenen Patient*innen schlechter arbeiten. Die Ursachen blieben jedoch unklar.

„Die Beobachtungen bei Autoimmunpatient*innen und unsere Ergebnisse, dass Salz die Funktion der Mitochondrien bei Monozyten und Makrophagen einschränkt, waren unser Ausgangspunkt. Wir haben wir uns gefragt, ob ähnliche Probleme in den Tregs gesunder Proband*innen auftreten können“, sagt Müller, Leiter der Arbeitsgruppe „Hypertonie-vermittelter Endorganschaden“ am Max Delbrück Center und am ECRC.

Aus früheren Untersuchungen geht zudem hervor, dass zu viel Salz die Treg-Funktion beeinträchtigen könnte, indem es einen autoimmunähnlichen Phänotyp hervorruft. Mit anderen Worten: Zu viel Salz lässt die Treg-Zellen eher wie diejenigen aussehen, die an Autoimmunerkrankungen beteiligt sind. Wie genau Salz die Treg-Funktionen beeinträchtigt, war jedoch noch nicht bekannt.

Salz stört die Zellkraftwerke der Tregs

Die aktuelle internationale Studie unter der Leitung von Kleinewietfeld und Müller mit den Erstautor*innen Dr. Beatriz Côrte-Real und Dr. Ibrahim Hamad – beide arbeiten am VIB-Zentrum für Entzündungsforschung und an der Universität Hasselt in Belgien – hat nun nachgewiesen: Salz stört die Treg-Funktion, indem es die Energieerzeugung in Mitochondrien hemmt und den zellulären Stoffwechsel verändert. Das Problem der Zellkraftwerke ist offenbar der erste Schritt, wie Salz die Treg-Funktion stört und zu Veränderungen in der Genexpression führt – ähnlich wie bei dysfunktionalen Tregs bei Autoimmunerkrankungen.

Selbst wenn die Mitochondrienfunktion nur kurz unterbrochen wurde, hatte dies in verschiedenen Versuchsmodellen langanhaltende Folgen für die Leistungsfähigkeit und die immunregulierende Kapazität der Tregs. Die neuen Erkenntnisse deuten darauf hin, dass Salz möglicherweise zu Fehlfunktionen der Tregs bei verschiedenen Krankheiten beiträgt. Das muss allerdings in weiteren Studien bestätigt werden.

„Die Faktoren und die molekularen Mechanismen besser zu verstehen, die zur Fehlfunktion der Tregs bei Autoimmunität beitragen, ist eine zentrale Frage auf diesem Gebiet. Da Tregs auch bei Krankheiten wie Krebs oder Herz-Kreislauf-Erkrankungen eine Rolle spielen, könnte die Aufklärung solcher durch Salz ausgelösten Effekte neuartige Ansätze eröffnen, um die Treg-Funktion bei verschiedenen Krankheiten zu verändern“, sagt Kleinewietfeld, der das VIB-Labor für Translationale Immunmodulation leitet. „Es sind jedoch noch weitere Studien erforderlich, um die molekularen Mechanismen genauer zu verstehen und ihre potenziellen Zusammenhänge mit Krankheiten zu ergründen.“