Kategorien
Biotechnologie Ophthalmologie Wissenschaft

Vollständige künstliche Netzhaut gezüchtet

Dem Forschungsteam unter Prof. Botond Roska, Universität Basel, ist es gelungen, Replikas menschlicher Retina zu züchten. Das Gewebe wird als Netzhaut-Organoid bezeichnet, da es dieselben Eigenschaften aufweist wie menschliche Netzhaut – einschliesslich der Krankheitsparameter von individuellen Patienten. Für die Züchtung der Mini-Organe benötigten die Forscher nur Haut oder Blutproben der Patienten.

Die Netzhaut-Organoide sind so besonders, weil sie wie die menschliche Netzhaut eine Schichtstruktur haben und auch auf Licht in gleicher Weise reagieren. Der detaillierte Vergleich der gezüchteten Netzhaut-Organoide mit Netzhaut von Multi-Organspendern bestätigt die starken Ähnlichkeiten. „Wir konnten zeigen, dass unsere kultivierten Organoide nach 38 Wochen viele derselben Zelltypen aufweisen, wie die Netzhaut eines erwachsenen Menschen,“ so Roska. „Wir waren die Ersten, die menschliche Netzhaut von Verstorbenen funktionsfähig und lichtempfindlich erhalten konnten.“ Das machte die Vergleiche überhaupt erst möglich.

Der grosse Wert der Netzhaut-Organoide gründet auf dem Beweis, dass gleiche Defekte in jeweils denselben Zelltypen zu denselben Netzhauterkrankungen in den Organoiden und in menschlicher Netzhaut führen. „Damit können Behandlungen entwickelt werden, die für diese Patienten massgeschneidert sind’, sagt Magdalena Renner, Erstautorin der Publikation und Leiterin der Human Organoid Platform am Institut für Molekulare und Klinische Ophthalmologie Basel. Die Erkenntnisse beschleunigen die Entwicklung neuer Therapien für Netzhauterkrankungen, die bisher zur Erblindung führen.

Referenzen:

Universität Basel https://www.unibas.ch/de/Aktuell/News/Uni-Research/Forschende-zuechten-menschliche-Netzhaut.html;

Cell Types of the Human Retina and Its Organoids at Single-Cell Resolution;
Cell (2020), https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.08.013

#retina #netzhaut #organoid #miniorgan #ophtalmologie #augen #augenerkrankung #medizin #medimpressions 

Fotocredit: Canva

Kategorien
Neurologie Wissenschaft

Wie Hirnzellen umlernen

Menschen wie Tiere haben die Fähigkeit, sich immer wieder auf neue Situationen einzustellen. Die biologischen Prozesse, die diese Leistungen ermöglichen, sind noch sehr unvollständig verstanden. Das Institut für Hirnforschung der Universität Zürich illustrierte nun im Mausmodell, welche Nervenzellen im Gehirn dabei das Kommando haben.

Für die Versuche simulierten die Forscher in Mäusen einen Prozess des Umlernens und untersuchten auf Ebene einzelner Nervenzellen, was dabei im Gehirn passiert. Zunächst trainierten sie die Tiere darin, nach einer Berührung der Tasthaare mit grobkörnigem Sandpapier zu schlecken – was zu einer Belohnung mit Zuckerwasser führte. Bei Berührung mit feinkörnigem Sandpapier hingegen durften sie nicht schlecken, sonst löste dies ein unangenehmes Geräusch aus. Hatten die Mäuse dies verstanden, wurde der Spiess umgedreht: Nun gab es die Belohnung bei feinkörnigem Sandpapier, was diese schnell erlernten.

Dabei erwies sich, dass ein Teil der Grosshirnrinde, eine Gruppe von Hirnzellen des orbitofrontalen Kortex während des Umlernens besonders aktiv war. Diese Zellen haben lange Fortsätze, die bis in das Areal der sensorischen Nervenzellen reichen, die bei Mäusen Tastreize verarbeiten. In diesem Areal folgten die Zellen zunächst dem alten Aktivitätsmuster, ein Teil passte sich dann allerdings der neuen Situation an. Die Plastizität dieser Zellen und die Instruktion durch die höhere Instanz des orbitofrontalen Kortex scheint demnach für die Flexibilität des Verhaltens entscheidend zu sein. Wurden diese ausgeschaltet, funktionierte das Umlernen nicht.

Die Forscher nehmen an, dass sich diese fundamentalen Prozesse in ähnlicher Weise auch im menschlichen Gehirn abspielen und die Forschungsergebnisse zum besseren Verständnis von Hirnkrankheiten beitragen können, bei denen diese Flexibilität gestört ist, wie beispielsweise bei Formen von Autismus und Schizophrenie.

Referenzen:

Universität Zürich https://www.media.uzh.ch/de/medienmitteilungen/2020/Flexibles-Handeln.html

Value-guided remapping of sensory cortex by lateral orbitofrontal cortex, Nature 2020; https://doi.org/10.1038/s41586-020-2704-z

#gehirn #plastizitaet #nervenzellen #grosshirnrinde #hirnforschung #verhalten #lernen #medizin #medimpressions

Fotocredit: Canva

Kategorien
Immunologie Wissenschaft

Immunabwehr: auf der Spur des Big Players

Wissenschaftler um Josef Penninger am Institut für Molekulare Biotechnologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (IMBA) warten mit neuen Erkenntnissen über die Biologie und die Struktur von Antikörpern, die eine wesentliche Rolle in der körpereigenen Abwehr spielen, auf. Das Gen JAGN1 hat dabei eine Schlüsselfunktion.

Bereits 2014 wurde das Gen in Kooperation mit dem Haunerschen Kinderspital, München; als wichtiger Player im Immunsystem identifiziert. Ist JAGN1 defekt, kommt es bei Betroffenen zu einer Fehlfunktion wichtiger weißer Blutkörperchen und somit zu einer schweren angeborenen Immunschwäche. 

In der aktuellen Studie beleuchteten die Forscher die Rolle von JAGN1 für die sogenannten B-Zellen, die für die Massenproduktion von spezifischen Antikörpern im Endoplasmatischen Retikulum zuständig sind. Anschließend werden die fertig gebauten Antikörper in einer bestimmten Region mit Zuckermolekülen „verziert“. Dieser Prozess dient allerdings nicht der Dekoration, sondern erleichtert den Antikörper offenbar die Bindung zu anderen Immunzellen, um die Abwehrreaktion des Körpers zu verstärken.

„Als wir JAGN1 in B-Zellen von Mäusen außer Gefecht setzten, konnten wir eine drastische Reduktion der Antikörper messen. Auch die typischen Zuckersignaturen, die auf den Antikörper sitzen, hatten sich verändert. JAGN1 beeinflusst die Antikörper-Fabriken in den Zellen“, erklärt die Wissenschaftlerin Astrid Hagelkrüys, Erstautorin der aktuellen Publikation. „Zu unserer Überraschung führt die Veränderung der Zuckerstrukturen aber auch zu einer besseren Bindungsfähigkeit der Antikörper an andere Immunzellen und verstärkt die Abwehrreaktion.“ Auch in menschlichen Proben konnten die Forscher diesen Mechanismus nachweisen. 

Referenzen:
IMBA https://www.oeaw.ac.at/detail/news/ein-gen-fuer-die-massenproduktion-von-antikoerpern/;

A crucial role for Jagunal homolog 1 in humoral immunity and antibody glycosylation in mice and humans, Hagelkruys et al, Journal of Experimental Medicine, 2020. doi: 10.1084/jem.20200559

#immunologie #antikoerper #gendefekt #bzellen #immunabwehr #imba #medizin #medimpressions

Fotocredit: Canva 

Kategorien
Schmerzmedizin Wissenschaft

Paracetamol erhöht die Risikobereitschaft

Der Wirkstoff Paracetamol hilft gegen Kopfschmerzen, macht aber möglicherweise auch eher bereit, Risiken einzugehen, so eine neue Studie. Es zeigte sich, dass Personen, die die Substanz eingenommen hatten, Aktivitäten wie „Bungee-Jumping“ oder „ihre Meinung über ein unangenehmes Thema am Arbeitsplatz auszusprechen“ als weniger riskant einstuften als Probanden, die nur ein Placebo erhielten.

Paracetamol (in der üblichen Dosierung von 1000 mg) führte auch dazu, dass die Menschen bei einem Experiment mit rund 500 Teilnehmern, bei dem sie durch das Aufblasen eines virtuellen Ballons am Computer Gutpunkte verdienen konnten, höhere Risiken eingingen. Sie verhielten sich risikofreudiger und brachten die Ballons eher zum Platzen als Probanden, die ein Placebo bekommen hatten und in diesem Experiment weit vorsichtiger agierten.

„Sie fühlen sich einfach weniger ängstlich“, fasst Baldwin Way von der Ohio State University die Ergebnisse zusammen. “Da fast 25 Prozent der Bevölkerung in den USA jede Woche Paracetamol einnehmen und die Substanz zu den gebräuchlichsten Schmerzmitteln weltweit gehört, könnten eine verringerte Risikowahrnehmung und eine erhöhte Risikobereitschaft wichtige Auswirkungen auf die Gesellschaft haben. „Möglicherweise hält es jemand mit milden COVID-19-Symptomen für weniger riskant, sein Haus zu verlassen, wenn er Paracetamol einnimmt,“ so Way weiter. Gefordert werden daher weitere Untersuchungen über die Auswirkungen der Substanz und weiterer rezeptfreier Medikamente.

Referenzen:

The Ohio State University https://www.sciencedaily.com/releases/2020/09/200908091517.htm; Effects of acetaminophen on risk taking, Social Cognitive and Affective Neuroscience, 2020; https://doi.org/10.1093/scan/nsaa108

#paracetamol #risikobereitschaft #schmerzmittel #risikowahrnehmung #covid19 #fieber #medizin #medimpressions

Fotocredit: Canva

Kategorien
Immunologie Infektiologie Virologie Wissenschaft

Wie Coronaviren Zellen kapern

Schweizer Wissenschaftler haben einen Mechanismus entdeckt, wie das Coronavirus menschliche Zellen manipuliert, um seine eigene Vermehrung sicherzustellen. Wie ein Pirat, der ein Schiff kapert, übernimmt ein Virus die Kontrolle über eine infizierte Zelle, denn jedes Virus ist für seine Vermehrung auf die Ressourcen und molekularen Maschinen der Zelle angewiesen. 

Nachdem bei einer Sars-CoV-2 Infektion das Virus in eine menschliche Zelle eingeschleust wird, wird das Protein NSP1 als eines der ersten Virusproteine hergestellt. Von anderen Coronaviren wusste man bereits, dass NSP1 die Produktion von zelleigenen Proteinen hemmt. Nicht bekannt war, wie dies geschieht. 

Offenbar bindet NSP1 innerhalb eines Ribosomen-Kanals und blockiert so diese zellulären Maschinen, die zur Proteinherstellung nötig sind. Mittels Kryo-Elektronenmikroskopie konnte die Bindungsstelle von NSP1 mit atomarer Auflösung dargestellt werden. Dieses detaillierte Abbild liefert wichtige Informationen zum Design eines möglichen künftigen Medikaments. Basierend darauf konnten die Forscher bereits abgeänderte NSP1 Varianten herstellen, die ihre hemmende Wirkung verloren haben. Solche abgeschwächten, inaktiven Viren könnten als Impfstoff verwendet werden.

Die Wissenschaftler interessierte auch die Frage, warum trotz der Hemmung der Ribosomenfunktion durch NSP1, Virenproteine unvermindert in grossen Mengen hergestellt werden. Und stellten fest, dass durch die Blockierung durch NSP1 funktionsfähige Ribosomen zwar knapp werden, gleichzeitig die virale RNA aber fast die Hälfte der gesamten RNA in der Zelle ausmacht. Unter diesen Bedingungen wird die virale RNA von den noch funktionsfähigen Ribosomen gegenüber den zelleigenen Boten-RNAs also bevorzugt abgelesen, so die Forscher. 

Referenzen:

ETH Zürich, Universität Bern https://ethz.ch/de/news-und-veranstaltungen/eth-news/news/2020/09/mechanismus-wie-das-coronavirus-zellen-kapert.html

SARS-CoV-2 Nsp1 binds the ribosomal mRNA channel to inhibit translation; Nature Structural & Molecular Biology, 9/9/2020; https://www.nature.com/articles/s41594-020-0511-8

#corona #sarscov2 #virus #ribosomen #nsp1 #bindungsstelle #virenvermehrung #impfstoff  #medizin #medimpressions

Fotocredit: Canva

Kategorien
Onkologie Wissenschaft

Wie Gehirntumor-Zellen „unsterblich“ werden

Wissenschaftler des IMBA konnten nachweisen, dass Gehirntumor-Zellen ihre Energie aus Sauerstoff beziehen müssen, damit sie „unsterblich“ werden und sich unentwegt weiterteilen können. In der Phase der Krebsentstehung verändern sie gezielt ihren Stoffwechsel, indem sie ihre „Zell-Kraftwerke“ (Mitochondrien) verschmelzen lassen, um die Sauerstoffzufuhr zu steigern. 

Dies war für die Forscher insofern überraschend, da bisher angenommen wurde, dass Tumoren ihre Energie vorrangig aus Zucker durch Glykolyse beziehen. Dieser Effekt, auch Warburg Effekt genannt, ist seit langem ein unumstößliches Dogma in der Krebsforschung.

Durch die Drosselung der Sauerstoffzufuhr konnten die Wissenschaftler das Tumorwachstum bremsen. „Diese Ergebnisse sind unerwartet und stellen bisherige Überlegungen über die Biologie dieser Tumore auf den Kopf“, sagt Knoblich, wissenschaftlicher Direktor am IMBA. „Wir haben gute Hinweise darauf, dass sich Hirntumoren und einige andere Krebsformen beim Menschen genauso verhalten. Dies legt also einen völlig neuen Weg nahe, die gefährlichsten Zellen in solchen Tumoren ins Visier zu nehmen und die Achillesferse dieser Tumoren – ihren hohen Energiebedarf – für die Entwicklung neuer Krebstherapien zu nutzen.“

Referenzen:

IMBA – Institute of Molecular Biotechnology https://www.imba.oeaw.ac.at/research-highlights/feeding-off-fusion-the-immortalization-of-tumor-cells/

Oxidative metabolism drives immortalization of neural stem cells during tumorigenesis, Cell, 2020. https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.07.039

#gehirntumor #metabolsimus #energiestoffwechsel #onkologie #krebs #krebsentstehung #sauerstoff #mitochondrien #forschung #medizin #medimpressions

Fotocredit: Canva

Kategorien
Immunologie Infektiologie Wissenschaft

Allergien als Schutz vor bakteriellen Infektionen

Etwa 150 Millionen Menschen in Europa leiden unter wiederkehrenden Allergien – Tendenz steigend. Die Akademie für Allergologie und klinische Immunologie prognostiziert, dass im Jahr 2025 jeder zweite Europäer an einer Allergie leiden wird. Warum so viele Menschen Allergien entwickeln, ist größtenteils immer noch unklar. Ein internationales Forscherteam hat nun eine mögliche Ursache dafür entdeckt, warum der Körper eine Allergie entwickelt. Offenbar geht mit einer Allergie eine gewisse Schutzfunktion vor Bakterien einher. So scheinen Allergien die Abwehrkraft gegen bakterielle Infektionen zu erhöhen. 

Die Wissenschaftler fanden heraus, dass bei Mäusen durch eine milde Hautinfektion mit dem Bakterium Staphylococcus aureus eine Allergie entstand und diese Allergie im weiteren Verlauf der Studie die Mäuse vor erneuten Infektionen mit diesem Erreger schützte. Die Forschenden beobachteten, wie Mäuse spezifische IgE-Antikörper gegen bakterielle Komponenten entwickelten. Diese Immunantwort erhöhte die Resistenz der Mäuse gegenüber schweren Infektionen der Lungen, der Haut und anderen Geweben. Mäuse, denen funktionelle IgE-Effektormechanismen oder Mastzellen fehlten, waren nicht in der Lage einen solchen Schutz aufzubauen. 

Diese Erkenntnisse deuten darauf hin, dass die „allergische“ Immunantwort nicht ausschließlich pathologisch, sondern bei bakteriellen Infektionen auch schützend sein kann. Die Forschenden kommen zu dem Schluss, dass Allergien zur Abwehr von toxinproduzierenden pathogenen Bakterien beitragen könnten und leisten mit ihrer Forschungsarbeit einen wertvollen Beitrag zum allgemeinen Verständnis von Allergien.

Referenzen:

CeMM Forschungszentrums für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, Medizinische Universität Wien, Stanford University School of Medicine 

https://cemm.at/fileadmin/img/News/20200909_Immunity_Knapp/Pressetext_Starkl_et_al_DE_Final.pdf

IgE Effector Mechanisms, in Concert with Mast Cells, Contribute to Acquired Host Defense against Staphylococcus aureus; Immunity, 9. September 2020, DOI: https://doi.org/10.1016/j.immuni.2020.08.002

#allergie #bakterien #bakterielleinfektion #staphylococcusaureus #allergien #immunantwort #ige #schutzfunktion #wissenschaft #medizin #medizinwissen #medimpressions

Fotocredit: Canva

Kategorien
Ernährung Gastroenterologie Immunologie Wissenschaft

Polyamine für die Darmgesundheit

Die Universitätsmedizin Mainz hat eine neue Studie zum Einfluss von Polyaminen auf das Immungleichgewicht im Darm veröffentlicht. Sie haben herausgefunden, dass ein bestimmtes Stoffwechselprodukt, das Polyamin Spermidin, die Darmgesundheit steigern und so zu einer verbesserten Immunität beitragen kann. 

Die Forscher fanden heraus, dass Polyamine die Differenzierung der CD4+-T-Zellen hin zu einem spezialisierten Zelltyp mit anti-entzündlichen Eigenschaften, den regulatorischen T-Zellen (Tregs) begünstigen. Die Anzahl an Treg-Zellen im Dünndarm und im Colon ist auch deutlich erhöht, wenn dem Darm das Polyamin Spermidin zugeführt wird. Hohe Mengen an Polyaminen bzw. dessen Vorläufer-Molekül L-Arginin enthalten Lebensmittel wie beispielsweise Nüsse, Fleisch, Fisch, Gemüse und Sojabohnen. Diese erhöhen die immunmodulatorische Funktion und schwächen Entzündungsreaktionen ab, wodurch wiederum eine verbesserte Immunität erzielt werden kann. 

Den Wissenschaftlern gelang es auch, in in vitro Zellmodellen als auch in einem Mausmodell für die Darmerkrankung Colitis den positiven Einfluss der Polyamine auf die Spezialisierung der CD4+-T-Zellen hin zu Tregs aufzuzeigen. Neben einer Zunahme an Foxp3-positiven Treg-Zellen, kommt es gleichzeitig zur Reduktion der Th17 Zellen, ein Zelltyp, der maßgeblich an Entzündungsreaktionen beteiligt ist. 

Referenzen:
Universitätsmedizin Mainz https://www.unimedizin-mainz.de/presse/pressemitteilungen/aktuellemitteilungen/newsdetail/article/polyamine-beeinflussen-darmgesundheit-positiv.html
Regulating T-cell differentiation through the polyamine spermidine, Journal of Allergy and Clinical Immunology (2020); https://www.jacionline.org/article/S0091-6749(20)30637-0/fulltext

#darmgesundheit #immunologie #ernährung #spermidin #tzellen #nahrung #darmerkrankung #polyamine #medizin #medimpressions

Fotocredit: Canva

Kategorien
Geriatrie Therapie Wissenschaft

Kraftvolle Muskeln auch im Alter

Mit steigender Lebenserwartung nehmen auch typische Alterskrankheiten wie die Sarkopenie, der übermässige Muskelverlust, zu. Wie sich diese Alterserscheinung medikamentös aufhalten lässt, haben nun Forscher der Universität Basel beschrieben. 

Die Sarkopenie betrifft etwa jeden Dritten der über 80jährigen und schränkt die Mobilität, Selbstständigkeit und Lebensqualität der Betroffenen erheblich ein. Die Ursachen sind vielfältig und reichen von einem veränderten Muskelstoffwechsel bis hin zum Verlust von Nervenzellen, die Muskel stimulieren. Forscher um Prof. Markus Rüegg haben nun herausgefunden, dass der Proteinkomplex mTORC1 eine Rolle bei der Sarkopenie spielt und dass dessen Hemmung durch das bereits bekannte Immunsuppressivum Rapamycin den altersbedingten Muskelabbau verlangsamt. So wirkt sich die Langzeitbehandlung positiv auf die Alterung der Skelettmuskulatur bei Mäusen aus. Auch die Verbindung zwischen Nervenzellen und Muskelfasern liessen sich mit Rapamycin stabilisieren.

Um weltweit untersuchen zu können, wie sich die Genexpression in der Skelettmuskulatur mit zunehmenden Alter oder nach einer Rapamycinbehandlung verändert, wurde das Tool SarcoAtlas entwickelt, dessen Anwendung von sciCore, dem Center for Scientific Computing der Universität Basel unterstützt wird. Da es derzeit keine wirksame Therapie zur Behandlung der Sarkopenie gibt, könnte der neue Wirkstoff letztendlich dazu beitragen, die Lebensqualität und Selbstständigkeit älterer Menschen länger zu bewahren.

Referenzen:
Universität Basel https://www.unibas.ch/de/Aktuell/News/Uni-Research/Muskeln-Laenger-kraftvoll-auch-im-Alter.html?pk_campaign=MM_20200909_Muskeln

The neuromuscular junction is a focal point of mTORC1 signaling in sarcopenia, Nature Communications (2020), https://doi.org/10.1038/s41467-020-15592-3

#muskelschwund #geratrie #sarkopenie #rapamycin #muskelabbau #alterung #sarcoatlas #dscicore #medizin #medimpressions 

Fotocredit: Canva 

Kategorien
Rheumatologie Wissenschaft

Calcium-Phosphat-Verbindung als Auslöser für starke Entzündungen bei Rheuma

Calcium im Zusammenspiel mit Phosphat kann starke Entzündungsreaktionen bei Rheumapatienten auslösen. „Ein entzündungsfördernder Effekt von Calcium-Ionen war bisher bei chronischer Bronchitis und Adipositas erforscht worden, der Nachweis bei Rheuma ist völlig neu. Mit dieser Entdeckung ist es nun möglich, neue Therapieansätze bei rheumatischen und chronisch entzündlichen Erkrankungen zu entwickeln“, erklärt Prof. Dr. Ulf Wagner, vom Universitätsklinikum Leipzig.

Auch Phosphat spielt neben Calcium eine wichtige Rolle. Bei erhöhten Konzentrationen dieser Ionen bilden sich Calcium-Phosphat-Nanopartikel aus, welche enorme Entzündungsreaktionen in Immunzellen auslösen können. Bei rheumatoider Arthritis (RA) führen diese Nanopartikel in Verbindung mit Calcium-Ionen zu einer deutlich stärkeren Entzündungsreaktion als bei Gesunden. Das geht mit der Produktion potenter Botenstoffe einher. Diese spielen bei rheumatischen Erkrankungen eine vordergründige Rolle. Ihre medikamentöse Blockade ist die wirkungsstärkste Form der Behandlung der RA.

Die durch Calcium-Ionen getriggerte Aufnahme von Calcium-Phosphat-Nanopartikeln kann bei Rheuma zu Gelenkentzündungen führen. Die treibende Kraft ist jedoch immer eine erhöhte Calciumkonzentration in der Umgebung entzündeter Gelenke, während die Calciumaufnahme oder die systemische Regulation des Calciumspiegels keine Rolle zu spielen scheint. Die bei der Erkrankung auftretende Freisetzung von Calcium und Phosphat aus dem Knochen infolge von Knochenentkalkung bzw. -zerstörung kann dazu beitragen, dass die Erkrankung chronisch wird.

Referenzen:

Universitätsklinikum Leipzig, Universität Leipzig https://www.uni-leipzig.de/newsdetail/artikel/verbindung-aus-calcium-und-phosphat-loest-starke-entzuendung-bei-rheumapatienten-aus-2020-09-10/

Calcium-sensing receptor-mediated NLRP3 inflammasome response to calciprotein particles drives inflammation in rheumatoid arthritis. Nature communications, https://doi.org/10.1038/s41467-020-17749-6

#rheuma #rheumatoidearthritis #calcium #phosphat #entzündung #rheumatologie #medizin #medimpressions

Fotocredit: Canva