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Biotechnologie Infektiologie Virologie Wissenschaft

Biomaterial aus Spinnenseide verhindert Infektionen und fördert Heilung

Mit einem neuartigen Forschungsansatz haben Wissenschaftler der Universität Bayreuth aus biotechnologisch hergestellten Proteinen der Spinnenseide ein Material entwickelt, das krankheitserregende Mikroben darin hindert, sich an den Oberflächen anzulagern. Sogar multiresistente Staphylococcus aureus (MRSA) haben keine Chance, sich auf der Oberfläche des Materials einzunisten. Das nanostrukturierte Material verhindert nicht nur die Ansiedlung von Bakterien und Pilzen, sondern unterstützt auch gleichzeitig proaktiv die Regeneration von menschlichem Gewebe. Daher eignet sich das Material hervorragend für Implantate, Wundverbände, Prothesen, Kontaktlinsen und andere Hilfsmittel des Alltags. 

Im Unterschied zu anderen Materialien, die bislang zur Wiederherstellung von Gewebe eingesetzt werden, ist das Infektionsrisiko von vornherein gebannt. „Die mikrobenabweisenden Eigenschaften der von uns entwickelten Biomaterialien basieren nicht auf toxischen, also nicht auf zelltötenden Wirkungen. Entscheidend sind vielmehr Strukturen im Nanometerbereich, welche die Spinnenseidenoberflächen mikrobenabweisend machen. Krankheitserregern ist es dadurch unmöglich, sich auf diesen Oberflächen festzusetzen“, erklärt Prof. Dr. Thomas Scheibel.

„Faszinierend an diesen Forschungsergebnissen ist auch, dass sich die Natur wieder einmal als ideales Vorbild für extrem anspruchsvolle Materialkonzepte erwiesen hat. Natürliche Spinnenseide ist hochgradig resistent gegen den mikrobiellen Befall, und die Reproduktion dieser Eigenschaften auf biotechnologischem Weg sehe ich als bahnbrechend“, sagt Prof. Dr.-Ing. Gregor Lang, einer der beiden Erstautoren.

Universität Bayreuth: https://www.uni-bayreuth.de/de/universitaet/presse/pressemitteilungen/2020/117-mikrobenabweisende-biomaterialien/index.html

Originalpublikation: Engineered spider silk-based 2D and 3D materials prevent microbial infestation. Materials Today (2020), DOI: https://dx.doi.org/10.1016/j.mattod.2020.06.009

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Onkologie Wissenschaft

Strahlentherapie: Gene beeinflussen Wirksamkeit

Eines der grossen Rätsel der Krebsforschung ist, wieso bestimmte Patienten auf eine Strahlentherapie besser ansprechen als andere. Wissenschaftler der Universität Bern haben nun in enger Zusammenarbeit mit dem niederländischen Krebsforschungszentrum in Amsterdam entdeckt, welche Gene hierfür eine wichtige Rolle spielen. Daraus ergeben sich neue Erkenntnisse für die Krebsbehandlung.

„Wir hoffen, dass unserer Erkenntnisse dazu beitragen die Aussichten auf Erfolg einer Strahlentherapie besser vorherzuzsagen, zudem können die Ergebnisse dazu verwendet werden, neue Medikamente zu entwickeln, welche die Effizienz der Radiotherapie verbessern könnten“, so Prof. Sven Rottenberg, Universität Bern.

Das Team um Rottenberg untersuchte mittels genetischen Screenings die Selbstreparatur von Krebszellen. Dabei stiessen sie auf entscheidende Schwachstellen: Wenn bestimmte Reparatur-Gene in Krebszellen fehlen, sind diese unfähig, sich nach der Bestrahlung selber zu reparieren. Dies konnten die Forschenden im Tiermodell und in menschlichen Zellen nachweisen. Wenn diese Gene fehlen, besteht somit eine gute Chance, dass die Strahlentherapie erfolgreich sein wird. Rottenberg: „Unsere Erkenntnisse zeigen, wie wichtig eine personalisierte Krebstherapie ist, welche die genetische Prädisposition der Betroffenen berücksichtigt.“

Referenzen:

Universität Bern; Cancer Institute Amsterdam

Functional radiogenetic profiling implicates ERCC6L2 in non-homologous end joining; Cell Reports, 25.8.2020; https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(20)31053-6

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Hepatologie Infektiologie Therapie Virologie Wissenschaft

Chronische Hepatitis B: Impfstoff als Therapie

Chronische Hepatitis-B-Infektionen (HBV) stellen ein globales Gesundheitsproblem dar und können bisher nur chemotherapeutisch behandelt werden. Nun konnte ein Forscherteam um Rudolf Valenta vom Zentrum für Pathophysiologie, Infektiologie und Immunologie der MedUni Wien den Nachweis erbringen, dass ein in der Impfung BM32 gegen Gräserpollenallergie enthaltenes Protein Antikörper induziert, die das Andocken des Hepatitis B-Virus an Leberzellen verhindert.

In der Regel wird die HBV mit Nukleosid- und Nukleotid-Analoga oder mit Interferon behandelt. Diese Therapieformen sind jedoch nebenwirkungsreich. Gegenwärtige HBV- Schutzimpfungen funktionieren bei zehn bis zwanzig Prozent der Geimpften nicht.

Anhand des Datenmaterials von 128 gegen Gräserpollenallergie geimpften Menschen wurde nachgewiesen, dass dieser Impfstoff BM32 ein Protein enthält, das punktgenaue Antikörper induziert und somit die Infektion verhindert. Bei den Personen bildeten sich Antikörper, die alle bekannten Formen des Virus erkennen und bekämpfen können. Die Anzahl der Antikörper scheint hoch genug, um auch gegen die chronische Form der Hepatitis B nicht nur präventiv, sondern auch therapeutisch eingesetzt werden zu können.

Referenzen:
Medizinische Universität Wien
https://www.meduniwien.ac.at/web/ueber-uns/news/detailseite/2020/news-im-august-2020/chronische-hepatitis-b-impfstoff-gegen-graeserpollenallergie-als-potenzielle-therapieform/
Quantification, epitope mapping and genotype cross-reactivity of hepatitis B preS-specific antibodies in subjects vaccinated with different dosage regimens of BM32, EBioMedicine 000 (2020) 102953; https://www.thelancet.com/pdfs/journals/ebiom/PIIS2352-3964(20)30329-7.pdf

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Kardiologie Wissenschaft

Gefäßwanddicke als Surrogatmarker für Herz-Kreislauf-Erkrankungen

Mit der Analyse von Daten aus 119 klinischen Studien und über 100.000 eingeschlossenen Probanden weltweit gelang es einem Innsbrucker Team um den Epidemiologen Peter Willeit, die Gefäßwanddicke (Intima-Media-Dicke) der Halsschlagadern als sicheren Surrogatmarker für Herz-Kreislauf-Erkrankungen zu bestätigen. Surrogatmarker werden in klinischen Studien begleitend gemessen, sind schneller und einfacher erfassbar als relevante klinische Endpunkte und zeigen die Wirksamkeit von Interventionen in klinischen Studien an.

Die Innsbrucker Epidemiologen zeigen nun die Gültigkeit der Intima-Media-Dicke als Surrogatmarker für Herz-Kreislauf-Erkrankungen eindeutig auf: Je geringer die Zunahme der Intima-Media-Dicke ist, desto geringer ist auch das Risiko für Herz-Kreislauf- Erkrankungen. Die Intima-Media-Dicke wird dabei an der Halsschlagader mittels Ultraschall erfasst.Sie stellten fest, dass sich die Intima-Media-Dicke als Surrogatmarker für verschiedene Arten von Interventionen eignet.

Diese Erkenntnis birgt den Mehrwert, dass klinische Studien, die die Intima-Media-Dicke als Surrogatmarker verwenden, rascher und auch in kleinerem Umfang effizient durchführbar sind. Der Effekt eines neuen Medikaments kann damit schneller überprüft werden, so die Forscher.

Referenzen:

Medizinische Universität Innsbruck https://www.i-med.ac.at/mypoint/news/747840.html

Carotid Intima-Media Thickness Progression as Surrogate Marker for Cardiovascular Risk: Meta-Analysis of 119 Clinical Trials Involving 100,667 Patients; Circulation; epub ahead of print 17 Jun 2020; https://www.ahajournals.org/doi/10.1161/ CIRCULATIONAHA.120.046361

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Tiermedizin Wissenschaft

Arzneimittel-Rückstände beeinflussen Fische

Rückstände von Arzneimitteln in Gewässern wirken auch bei Fischen. Starke Effekte haben Medikamente zur Behandlung von Depressionen. Das zeigen Untersuchungen im Rahmen des Projekts „Effect Network in Water Research“ der Universitäten Heidelberg, Tübingen, sowie des Karlsruher Instituts für Technologie, die Effekte von Medikamenten und Lebensmittelzusatzstoffen in der aquatischen Umwelt erforschen.

Wie Verhaltensuntersuchungen mit Zebrabärblingen und Bachforellen zeigen, wirken Antidepressiva besonders stark: untersucht wurden Fluoxetin und Citalopram, die in großen Mengen zur Behandlung von Depressionen eingesetzt werden. Diese neuroaktiven Substanzen führten bereits in außerordentlich geringen umweltrelevanten Konzentrationen zu Verhaltensveränderungen. So reagieren die Embryonen von Zebrabärblingen sehr empfindlich, wenn sich die Beleuchtung ihrer Umgebung ändert. Sie schwimmen hektisch hin und her und versuchen sich zu verbergen. Unter dem Einfluss der Antidepressiva änderte sich dies: Je höher die Konzentration der beiden Arzneistoffe im Wasser war, desto weniger zeigten die Fische diesen Schutzreflex, wenn die Beleuchtung wechselte. Die Fische hatten ihre natürliche Reaktion auf Stress verloren.

Auch bei einem Antidiabetikum, das bei Typ-2-Diabetes verabreicht wird, konnten die Wissenschaftler Effekte belegen. In Experimenten an Bachforellen zeigte sich, dass sich der Wirkstoff in Mengen, wie sie beispielsweise in Flüssen nachweisbar sind – dazu führt, dass die Fische mehr Kohlenhydrate in der Leber ablegten und an Gewicht verlieren. Außerdem veränderte sich die Bakterienzusammensetzung im Darm der Tiere: es fanden sich etwa vermehrt Bakterienarten, die die Fische schwächen können.

Referenzen;
Universität Heidelberg, Eberhard Karls Universität Tübingen, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Pressemitteilung: Universität Heidelberg

#arzneimittel #rueckstaende #fische #flüsse #diabetes #umwelt #depression #fluoxetin #citalopram #medizin #medimprtessions

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Infektiologie Kardiologie Virologie Wissenschaft

Sars-Cov-2 im Herzen nachgewiesen

Kardiologen des Deutschen Zentrums für Herz-Kreislauf-Forschung (DZHK) haben einen weiteren wichtigen Puzzlestein zum Verständnis von COVID-19 geliefert. Sie konnten bei Patienten, die mit dem Verdacht auf eine akute Herzmuskelentzündung eingeliefert wurden, im Herzmuskel SARS-CoV-2 finden. „Die Patienten in Mainz waren unter 40 Jahre alt, körperlich aktiv, waren im Nasen-Rachenabstrich negativ für SARS-CoV-2 und hatten etwa vier Wochen vor der Aufnahme einen schweren grippeähnlichen Infekt gehabt“, berichtet Prof. Philip Wenzel.

„Von unseren Berliner Kollegen wussten wir, dass sie in Myokardbiopsien einiger Patienten mit schweren Verläufen, gelegentlich auch mit Herzinsuffzienz ohne COVID-19, das Virus nachgewiesen hatten. Das Besondere bei unseren Fällen war, dass das Virus durch Myokardbiopsie im Herzmuskel auffindbar ist, auch wenn die eigentliche COVID-19 Erkrankung bereits durchgemacht wurde oder einen harmlosen Verlauf hatte. Nach einer klinischen unauffälligen Latenzzeit kamen die Patienten mit dem klinischen Verdacht einer Herzmuskelentzündung zu uns. Ob es einen ursächlichen Zusammenhang zwischen dem Entstehen der Herzmuskelentzündung und der SARS-CoV-2 Präsenz im Herzmuskel gibt, ist noch nicht bekannt“, sagt Wenzel.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass die kardiovaskulären Beteiligungen von COVID-19 enorm wichtig sein können und aufmerksam behandelt und nachgesorgt werden müssen“, so Professor Thomas Münzel, Berlin.

Referenzen:
Deutsches Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung (DZHK) e. V.
Evidence of SARS-CoV-2 mRNA in endomyocardial biopsies of patients with clinically suspected myocarditis tested negative for COVID-19 in nasopharyngeal swab; Cardiovascular Research (2020) 116, 1661–1663, https://academic.oup.com/cardiovascres/…/116/10/1661/5860257
Detection of viral SARS-CoV-2 genomes and histopathological changes in endomyocardial biopsies; ESC Heart Failure (2020); https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ehf2.12805

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Diabetologie Therapie

Empfehlungen zu Sport bei Typ-I-Diabetes

Dass sich Sport und Diabetes mellitus Typ-1 nicht ausschließen, sondern Bewegung maßgeblich zum Therapieerfolg beiträgt, wird an der Med Uni Graz von einem engagierten Team junger WissenschafterInnen erforscht. Das Team hat vor Kurzem gemeinsam mit 30 renommierten Forschern die erste internationale Empfehlung – EASD/ISPAD Consensus Statement – zum Thema Sport und Diabetes mellitus Typ-1 verfasst, um zu zeigen, dass physische Aktivität bei chronischen Erkrankungen wichtig ist, um ein nahezu gesundes Leben führen zu können.

In den nun veröffentlichten Therapieempfehlungen zeigen die Forscher auf, ab welchem Glukosewert es notwendig ist, während sportlicher Betätigung zusätzliches Insulin zuzuführen. Ebenso wird empfohlen, bei welchem Blutzuckerwert es notwendig ist, eine bestimmte Menge an Kohlenhydraten, abhängig vom Glukosewert, zuzuführen. All diese Maßnahmen dienen dazu, dass es beim Sport nicht zu einer gefährlichen Entgleisung der Blutzuckerwerte kommt. Dabei wurde grosser Wert auf personalisierte Empfehlungen gelegt. So differenzieren die WissenschafterInnen zwischen Kindern, Jugendlichen und Erwachsenen sowie innerhalb dieser Altersgruppen unter verschiedenen Risikogruppen.

Aktuell wird mit KollegInnen des King’s College in London an der Entwicklung einer App gearbeitet, um die Erkenntnisse einer breiten Gruppe an Menschen niederschwellig zugänglich zu machen und Sport gut in den Alltag integrieren zu können. Das EASD/ ISPAD Consensus Statement wurde zusätzlich von der Amerikanischen Diabetes Gesellschaft (ADA) und von der größten Non-Profit-Diabetes-Organisation JDRF unterstützt.

Referenzen:
Meduni Graz, King’s College London
Pressemitteilung MedUni Graz
Aktuelle Leitlinien EASD

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Hämatologie Onkologie Wissenschaft

Weiterer Druchbruch bei CARs

Wissenschaftler der St. Anna Kinderkrebsforschung und der Universität für Bodenkultur Wien konzipieren einen komplett neuartigen CAR-T-Zell-Prototypen, der präziser gegen Tumorzellen und schonender für gesundes Gewebe eingesetzt werden kann.
Die Krebstherapie mit Chimeric Antigen Receptor (CAR) -T-Zellen greift Tumorzellen an und wird bereits erfolgreich bei bestimmten Arten von Blutkrebs angewandt. Damit sich diese Behandlung gezielter ausschließlich gegen Tumorzellen richtet, haben die Forscher eine Plattform mit neuartig konstruierten CAR-T-Zell-Prototypen konzipiert. Zusätzlich zu der spezifischeren Erkennung der Tumorzellen sind diese CAR-T-Zell-Prototypen auch noch quasi ein- und ausschaltbar.

Um die Spezifität zu erhöhen, entwickelten die Wissenschaftler Aviditäts-kontrollierte CARs (AvidCARs). „Dafür verwenden wir für unsere CARs Antigen-Bindungsstellen, deren Bindungsstärke zu den Andockstellen auf den Krebszellen stark verringert ist. Das bewirkt, dass das CAR-Molekül erst nach einer zweifachen (=bivalenten) Wechselwirkung aktiviert wird“, so Michael Traxlmayr, Biochemiker an der Universität für Bodenkultur Wien: „Dieses neuartige Design erlaubt, CARs zu konstruieren, die mit zwei unterschiedlichen Bindungsarmen eine tumorspezifische Kombination aus zwei verschiedenen Andockstellen erkennen. Zusätzlich kann die Funktion des neuen CAR-Moleküls auch noch über ein Medikament reguliert werden. Dies könnte in Zukunft die Kontrolle der CAR- T-Zell-Aktivität sogar noch nach der Verabreichung in den Patienten ermöglichen.“ Manfred Lehner von der St. Anna Kinderkrebsforschung ergänzt: „Das Auto kann nun präziser gelenkt werden, außerdem können wir unterschiedlich Gas geben. Das macht den Einsatz für eine Vielzahl von Tumoren attraktiv.“

Referenzen:
BOKU – Universität für Bodenkultur Wien, St. Anna Kinderkrebsforschung
https://kinderkrebsforschung.at/news/car-t-zell-immuntherapie
Engineering AvidCARs for combinatorial antigen recognition and reversible control of CAR function, Nature Communications 11: 4166 (2020);
https://doi.org/10.1038/s41467-020-17970-3

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Neurologie Wissenschaft

Alleine lernen reicht nicht aus

Wir treffen Entscheidungen, die nicht nur auf unsere eigene Lernerfahrung basieren, sondern auch darauf, dass wir von anderen lernen. Aber wie können wir angesichts der Entscheidungen anderer Menschen unser eigenes Lernen verbessern? Wird soziales Lernen anders verarbeitet als direktes Lernen? Wissenschaftler der Universität Wien und des Universitätsklinikums Hamburg Eppendorf (UKE) haben jetzt dargestellt, wie soziale Entscheidungsfindungen im menschlichen Gehirn erfolgen.

Durchgeführt wurde die Studie vom Neurowissenschafter Lei Zhang (Universität Wien) und Jan Gläscher (Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf). In der Untersuchung mussten Probanden Entscheidungen treffen, die mit einem monetären Belohnungsystem gekoppelt waren, wobei sie teilweise auf die Erfahrungen ihrer Mit-Spieler zugreifen konnten, so dass sie diese soziale Information mit ihren eigenen Entscheidungsprozessen verbinden konnten.

Die Ergebnisse der Forscher lassen vermuten, dass zwei eigene Arten von Lernsignalen in getrennten, aber interagierenden Hirnregionen verarbeitet werden, die separate Berechnungsstrategien für die Entscheidungsfindung in sozialen Kontexten repräsentieren. Gläschen dazu: „Direktes Lernen ist in stabilen Situationen effizient und wenn Situationen wechselhaft und unsicher sind, könnte bei der Anpassung an neuartige Situationen soziales Lernen eine wichtige Rolle spielen, zusammen mit direktem Lernen; wie beispielsweise bei der Speisewahl in einer neuen Firmenkantine.“

Ein wichtiger Bereich für zukünftige Forschungen wird sein, einen Teil des integrierten Netzwerkes mit non-invasiver Hirnstimulation zu stören und festzustellen, wie Verhaltensweisen und Berechnungsstrategien in sozialer Entscheidungsfindung dadurch verändert werden.

Referenzen:
Universität Wien; Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf – UKE
Pressemitteilung
A Brain Network Supporting Social Influences in Human Decision-making; Science Advances. 19.8.2020;
DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.abb4159

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Pädiatrie Wissenschaft

Melatonin bei Gehirnerschütterung

Laut einer Studie der Universität von Queensland könnte Melatonin die Gehirnfunktionen im Zusammenhang mit der Schlafqualität bei Kindern nach einer Gehirnerschütterung verbessern. In der randomisierten klinischen Studie wurden Magnetresonanztomographien (MRT) von 62 Kindern mit Gehirnerschütterungen durchgeführt, die über einen Zeitraum von vier Wochen nach dem Ereignis entweder Melatonin (3mg oder 10mg) oder ein Placebo erhielten.

Die Melatoningabe bewirkte dabei eine signifikante Verbesserung in einigen Hirnregionen, speziell in den Bereichen, die für die Schlafkontrolle und die Wahrnehmung wesentlich sind. Die Ergebnisse legen nahe, dass Melatonin normale Gehirnfunktionen beeinflusst, die möglicherweise aufgrund einer Verletzung unterbrochen wurden. Eine der häufigsten Beschwerden nach einer Gehirnerschütterung im Kindesalter sind Schlafstörungen und Müdigkeit, die jahrelang anhalten können. Dies könnte sich nachteilig auf die Gehirnfunktion auswirken und möglicherweise die normale Hirnentwicklung behindern.

Die Forscher stellten jedoch auch fest, dass die Lösung von Schlafproblemen möglicherweise nur einen Teil der Genese darstellt. Weitere durch die Gehirnerschütterung ausgelöste Symptome wie Gedächtnisprobleme, Angstzustände und Depressionen lassen sich durch diese Therapie nicht verbessern.

Referenzen:
The University of Queensland
Neural signatures of sleep recovery following melatonin treatment for pediatric concussion; Journal of Neurotrauma;
https://doi.org/10.1089/neu.2020.7200

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