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Biochips schmuggeln effizient Wirkstoffe in Zellen ein

Moderne Impfstoffe wie die gegen Sars-CoV-2 nutzen winzige Fettkügelchen, um genetische Informationen in Zellen zu bringen und so eine Immunabwehr gegen das gefährliche Virus aufzubauen. Ein Team von WissenschaftlerInnen hat nun eine ganz neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sich sehr effizient nicht nur Gene, sondern auch Wirkstoffe und andere Substanzen in Zellen transportieren lassen. Das neue Verfahren, das jetzt auch als Patent eingereicht wurde, nennt sich „Progressive Mechanoporation“.

Die ForscherInnen entwickelten einen speziellen Biochip aus einem Kunststoff, auf dem hintereinander immer enger werdende Kanäle, die mehr als zehnmal kleiner sind als ein menschliches Haar, angeordnet sind. Zellen, die durch diese Kanäle gepresst werden, strecken sich dabei immer stärker, bis Löcher in der Plasmamembran entstehen. Durch diese Löcher können dann Moleküle in das Zellinnere gelangen. Haben die Zellen die Kanäle passiert, schließen sich die Löcher von alleine wieder. Die Forschenden haben gezeigt, dass das sogar mit sehr großen Proteinen, wie beispielsweise Antikörper, klappt.

Ein großer Vorteil der Methode: Pro Sekunde können so bis zu 10.000 Zellen durch den Chip geschickt werden. Gleichzeitig ist das Verfahren sehr schonend, nur wenige Zellen werden im Vergleich zu anderen Techniken geschädigt.
Mit Hilfe der neuen Methode könnten Pharmahersteller künftig etwa sehr effizient Wirkstoffe testen, um neue Medikamente zu entwickeln. Krankenhäuser könnten in Zukunft mit der „Progressiven Mechanoporation“ routinemäßig Zellen von Patienten untersuchen und sogar behandeln.

Referenz:
TU Dresden; Max-Planck-Zentrum für Physik und Medizin; ICR, London
Efficient and gentle delivery of molecules into cells with different elasticity via progressive mechanoporation, Lab Chip, 2021, Advance Article;
https://doi.org/10.1039/d0lc01224f

#wirkstoffe #transport #intrazellulär #biochip #membran #medikamentenentwicklung #medizin #medimpressions

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Minimalinvasive Geräte warnen ungenügend vor Unterzuckerung

Eine Unterzuckerung oder Hypoglykämie ist häufig die Nebenwirkung einer Diabetes-Behandlung: Bei der Einnahme blutzuckersenkender Wirkstoffe kommt es leicht zu einer Überdosierung, so dass er Glukosespiegel im Blut zu stark absinkt. Unterzuckerungen können lebensbedrohlich sein und haben langfristig einen nachteiligen Einfluss auf die Gesundheit.

Aktuelle Leitlinien empfehlen daher, dass Diabetes-Patienten ihren Blutzucker mehrmals pro Tag selbst kontrollieren. Das Gebiet der kontinuierlichen Blutzuckerüberwachung entwickelt sich dabei schnell weiter: regelmäßig werden Geräte mit neuen Techniken (minimal oder nicht invasiv) vorgestellt. Diese geben aber nur ein ungefähres Bild des Blutzuckerspiegels wieder und man kann sich nicht darauf verlassen, dass sie eine Unterzuckerung zuverlässig erkennen. Bisher gab es aber keine systematische Analyse, die quantitativ nachweist, wie gut oder schlecht handelsübliche Geräte eine Unterzuckerung anzeigen.

Anhand einer Metastudie, die 15 Studien und insgesamt 733 PatientInnen umfasste, wurde dies nun nachgeholt. Die Übersicht zeigt, dass nichtinvasive und minimalinvasive Blutzuckermessgeräte eine Empfindlichkeit für niedrige Blutzuckerwerte von nur 69 Prozent besitzen. Die Messgenauigkeit unterliegt dabei erheblichen Schwankungen: In den einzelnen Studien liegt die Sensitivität zwischen 33 und 91 Prozent. „Das Ergebnis ist schlechter, als viele erwartet hätten“, konstatiert Erstautorin Dr. Nicole Lindner, Uni Marburg. Plus: Es gibt keinen Beweis dafür, dass Geräte neuerer Generation eine Unterzuckerung mit größerer Genauigkeit erkennen als ältere Hilfsmittel. Die Autoren rechnen daher damit, dass ihre Ergebnisse Auswirkungen auf die Diabetesversorgung haben werden.

Referenz:
Universität Marburg, Oxford University
Non-invasive and Minimally Invasive Glucose Monitoring Devices: A Systematic Review and Meta-Analysis on Diagnostic Accuracy of Hypoglycaemia Detection, Systematic Reviews Journal 2021, https://doi.org/10.1186/s13643-021-01644-2

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Wie man Covid-Kurven zerschmettert

Kleine Unterschiede im Verhalten entscheiden über Erfolg oder völligem Versagen der Seuchenbekämpfung. So lautet die Zusammenfassung einer Untersuchung von WissenschaftlerInnen am IST Austria, die eben in der Zeitschrift Nature Communications erschien.

Ein Team von Strömungsphysikern berechnete, dass schon kleine Unterschiede im Maßnahmenpaket gegen Epidemien einen Sprung bei den Infektionszahlen verursachen können. Infektionsausbreitungen verhalten sich im Grunde wie Turbulenzen in Flüssigkeiten wobei bestimmte Handlungen einen deutlichen Effekt auf diese Turbulenzen zeigen. Im Rahmen der Pandemie erwartete man, dass Erkrankungskurven gemäß dem Grad der sozialen Distanzierung abflachen. Dies war jedoch nicht der Fall. Als entscheidende Schlüsselfaktoren erwiesen sich Kontaktverfolgung und Testung. Ist das Contacttracing nicht überlastet und werden die Kontaktpersonen von Infizierten ausreichend getestet, führt dies dazu, dass die Erkrankungszahlen auf rund drei Prozent der Bevölkerung schrumpfen.

Kommt das Infektionsgeschehen aber an einen Punkt, an dem die Kontaktnachverfolgung überfordert ist, steigt die Zahl der Infizierten rasant. „Wenn das passiert“, so die Forscher, „beginnt sich die Krankheit in den unkontrollierten Gebieten schneller auszubreiten und das führt unweigerlich zu einem superexponentiellen Anstieg der Infektionen.“ Schon exponentielles Wachstum ist immens. Es bedeutet eine Verdoppelung der Infektionen alle paar Tage. Überexponentiell bedeutet aber, dass auch die Rate der Verdopplung immer schneller wird. Dies scheint im letzten Herbst („zweite Welle“) passiert zu sein.

„Die meisten europäischen Länder reagieren erst, wenn die Kapazitäten der Intensivmedizin bedroht sind“, so die Forscher: „Eigentlich müssten die Entscheidungsträger aber auf ihre Kontaktverfolgungsteams achten und abriegeln, bevor dieser Schutzschild zusammenbricht.“

Referenz:
IST Austria, TU Dresden
Discontinuous epidemic transition due to limited testing, Nature Comm 2021;  https://www.nature.com/articles/s41467-021-22725-9

#pandemie #covid #contacttracing #test #infektionszahlen #eindaemmung #massnahmen #medizin #medimpressions

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Demenzrisiko steigt mit frühem Diabetes

Neue Ergebnisse einer vor kurzem veröffentlichten Studie mit über 10 000 Studienteilnehmern legen nahe, dass jüngere Personen mit Diabetes später einmal besonders gefährdet sein könnten, eine Demenzerkrankung zu entwickeln.
Im Detail zeigte sich, dass Personen im Alter von 70 Jahren, bei denen kürzlich Typ-2-Diabetes diagnostiziert wurde, kein höheres Demenzrisiko aufwiesen als Personen ohne Diabetes. Gänzlich anders war das Bild für Personen, bei denen Diabetes mehr als 10 Jahre zuvor diagnostiziert worden waren: Sie wiesen das doppelte Demenzrisiko im Vergleich zu gleichaltrigen Personen ohne Diabetes auf. Insgesamt stieg das Demenzrisiko im Alter von 70 Jahren um 24 % für jeweils fünf Jahre, in denen Personen mit Diabetes gelebt hatten.

Offensichtlich bedingt die längere Krankheitsdauer eine Zunahme der Schäden, die durch Diabetes ausgelöst werden. Die Forscher nehmen an, dass ein chronisch erhöhter Blutzuckerspiegel im Laufe der Zeit sowohl große als auch kleine Blutgefäße im Körper schädigen kann. Diese Auswirkungen, die auch den Blutfluss zum Gehirn beeinträchtigen, sind vermutlich ein Grund, warum Diabetes mit Demenz verknüpft ist. Die Behandlung von Diabetes wiederum kann Episoden von niedrigen Blutzuckerspiegeln verursachen, was sich über längere Zeiträume ebenfalls nachteilig auf das Gehirn auswirken könnte.

Die Ergebnisse haben weitreichende Auswirkungen auf die öffentliche Gesundheit da die Häufigkeit von Diabetes weiterhin zunimmt und das Alter bei Krankheitsbeginn sinkt. Andere Studien zum Thema zeigen jedoch auch, dass Personen mit gut kontrolliertem Diabetes einen langsameren geistigen Verfall zeigen als diejenigen mit schlechter Krankheitskontrolle.

Referenz:
Université de Paris; University College London; Semmelweis University, Budapest
Association Between Age at Diabetes Onset and Subsequent Risk of Dementia, JAMA 2021; https://media.jamanetwork.com/news-item/investigating-association-between-age-at-diabetes-onset-subsequent-risk-of-dementia/

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Covid-19: Genesene benötigen nur eine Impfung!

WissenschaftlerInnen vom Imperial College London bestätigen, dass für Covid-19 Genesene eine Vakzine-Dosis reicht, um den Impfschutz aufrecht zu erhalten.

In ihren Untersuchungen erzielte eine Einzelimpfung eine deutliche Booster-Wirkung mit starker Reaktion auf die zelluläre Immunantwort, verglichen mit Personen, die nicht an Covid19 erkrankt waren und ihre erste Erst-Immunisierung erhielten.

Offenbar löste der Erstkontakt mit dem Virus im Rahmen der Covid19-Erkrankung bereits eine starke Immunantwort aus.

Zusätzlich wurde nachgewiesen, dass die Einmalimpfung (getestet wurde Comirnaty) nach erfolgter Erkrankung auch gut gegen die gefürchteten („südafrikanischen“, „britischen“) Virusvarianten schützt.

Referenz:
Imperial College London

Science.APA; Kontakt mit ganzem Virus führt zu besserem Impfschutz, 7.5.2021; https://science.apa.at/power-search/14485075189815258177

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Sport unterstützt kognitive Entwicklung von Frühgeborenen

Ein zu früher Start ins Leben kann auch im Teenageralter noch Probleme bereiten, wobei sich kognitive Einschränkungen nach wenigen Jahren häufig auswachsen. Kinder, die bereits vor der 32. Schwangerschaftswoche geboren wurden, zeigen allerdings selbst beim Übergang zum Teenageralter noch Unterschiede: sie weisen eine schwächere Impulskontrolle auf. Dies kann zu Nachteilen in der schulischen Leistung führen und hängt mit Verhaltensauffälligkeiten und einer größeren Anfälligkeit für Suchterkrankungen zusammen. Ein schweizerisches Forschungsteam entdeckte jetzt aber, dass frühgeborene Kinder, die sehr gut entwickelte motorische Fertigkeiten hatten, den termingeborenen Kindern in Sachen Impulskontrolle praktisch in nichts nachstanden.

Sie verglichen eine Gruppe von 54 sehr frühgeborenen Kindern im Alter von 9 bis 13 Jahren mit einer Kontrollgruppe gleichaltriger termingeborener Kinder und ließen sie einen sogenannten „Go/NoGo“-Test durchführen, bei dem die Probanden auf ein Signal hin schnellstmöglich einen Knopf drücken müssen, bei einem anderen Signal jedoch nicht. Der Vergleich zeigte, dass die frühgeborenen Kinder durch veränderte Aufmerksamkeitsprozesse den Bewegungsimpuls schwerer unterdrücken konnten.Weitere Untersuchung belegten jedoch auch, dass eine Zunahme bei den motorischen Fertigkeiten, die Einschränkungen bei der Impulskontrolle ausgleichen können.

Die Forscher schließen aus den Ergebnissen, dass ein gezieltes Training der motorischen Geschicklichkeit auch die kognitiven Einschränkungen reduzieren könnte. Insbesondere bei jüngeren Kindern ist die Entwicklung der motorischen und der kognitiven Fähigkeiten eng verknüpft. Das Zeitfenster von 9 bis 13 Jahren könnte daher ein vielversprechender Zeitraum sein, um kognitive Einschränkungen bei sehr frühgeborenen Kindern auszugleichen.

Referenz:
Universität Basel
Very preterm birth and cognitive control: The mediating roles of motor skills and physical fitness, Developmental Cognitive Neuroscience 2021, Doi: 10.1016/j.dcn.2021.100956

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Erfolg beeinflusst die Persönlichkeit

Persönlichkeitseigenschaften bestimmen nicht nur den Berufserfolg, sondern Erfolg verändert auch die Persönlichkeit. Wie, das analysierte eine schweizerische Studie anhand von Daten über 4700 berufstätigen Erwachsenen, die über einen Zeitraum von acht Jahren dreimal zu Berufserfolg und Persönlichkeit abgefragt wurden.

Berufserfolg wurde anhand des erreichten beruflichen Prestiges und des erzielten Einkommens gemessen. Die Persönlichkeit wurde anhand der grundlegenden Persönlichkeitseigenschaften Emotionale Stabilität, Extraversion, Offenheit für Erfahrungen, Verträglichkeit und Gewissenhaftigkeit erfasst – den „Big Five“ der Persönlichkeitspsychologie. 

Die Auswertung zeigte, dass beruflich erfolgreichere Personen über die Zeit emotional stabiler und offener für Erfahrungen, aber weniger extravertiert wurden. „Der Berufserfolg ging also einher mit mehr emotionaler Entspanntheit, besserem Umgang mit Stress und weniger Sorgenmachen,“ so Andreas Hirschi, Erstautor der Studie. Zudem wurden beruflich erfolgreichere Personen mit der Zeit offener im Denken und aktiver in ihrer Vorstellungskraft. Zugleich wurden sie distanzierter sowie weniger gesprächig und gesellig.Es wurden keine Unterschiede zwischen Männern und Frauen oder Altersgruppen gefunden.

Einschränkend gilt, dass die gefundenen Effekte relativ klein waren. Jedoch könnten auch relativ kleine Veränderungen in diesen Persönlichkeitseigenschaften einen bedeutsamen langfristigen Effekt auf das Leben eines Menschen haben. So zeigt die Forschung etwa, dass Personen mit größerer emotionaler Stabilität eine geringere Sterblichkeitswahrscheinlichkeit aufweisen. „Die Ergebnisse unserer Studie sind auch aussagekräftig, weil sie auf einer großen bevölkerungsrepräsentativen Stichprobe beruhen, die über einen relativ langen Zeitraum begleitet wurde,“ meint Co-Autor Ulrich Orth.

Referenz:
Universität Bern
Does success change people? Examining objective career success as a precursor for personality development, Journal of Vocational Behavior 2021, https://doi.org/10.1016/j.jvb.2021.103582

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Der kleine Unterschied zeigt sich schon bei Embryonen

Ein Berliner Forschungsteam hat auf dem X-Chromosom Gene gefunden, die Unterschiede zwischen der männlichen und weiblichen Embryonalentwicklung erklären. Anders als der männliche legt der weibliche Embryo bei Mäusen in der frühen Entwicklung eine Pause ein. Warum sich weibliche Säugetiere etwas langsamer entwickeln, ist noch unklar.

Auf der Suche nach den Faktoren, die für die verzögerte Entwicklung von weiblichen Zellen verantwortlich sind, wurden zwei Gene, mit den Namen Dusp9 und Klhl13 identifiziert. Sie kodieren für Proteine, die den MAPK-Signalweg steuern. Über diesen zellulären Kommunikationskanal entscheidet die Zelle, ob sie weiterwächst und sich spezialisiert – oder in ihrem Stammzellzustand verharrt. Dass die Gene auf dem X-Chromosom liegen, macht sie besonders interessant. Die Zellen von männlichen Säugetieren besitzen in der Regel jeweils ein X- und ein Y-Chromosom, weibliche dagegen zwei X-Chromosomen – sie benötigen allerdings nur eines. Einige Zeit nach der Befruchtung schalten die Zellen eines weiblichen Embryos daher das überzählige X-Chromosom ab.

„Wir haben nicht nur zentrale Regulatoren für die frühe Sexualdifferenzierung in embryonalen Stammzellen gefunden“, so die Forscher: „Wir konnten auch zeigen, wie ein zusätzliches Chromosom den Zellzustand global beeinflussen kann.“
Daraus lassen sich auch Schlüsse für Krankheiten bei Menschen ziehen. Männer und Frauen sind für bestimmte Krebsarten unterschiedlich anfällig und dies muss nicht immer am Einfluss der Hormone liegen. Bei Krebs sind häufig Teile des MAPK-Signalwegs mutiert und funktionieren nicht mehr korrekt. Möglicherweise spielen geschlechtsspezifische Effekte hier eine Rolle, wenn das inaktive X-Chromosom in den Krebszellen wieder eingeschaltet wird.

Referenz:
Max-Planck-Institut Berlin
Identification of X-chromosomal genes that drive sex differences in embryonic stem cells through a hierarchical CRISPR screening approach, Genome Biol. 2021; https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-021-02321-2

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Blasenkrebs: Frauen haben schlechtere Prognose

In Österreich erkranken rund 1.500 Menschen jährlich an Blasenkrebs, davon rund 400 Frauen. Diese erleiden die Krebsform also seltener als Männer, haben aber bei der Diagnose bereits ein deutlich höheres Tumorstadium und eine schlechtere Prognose. Die Gründe dafür sind vielfältig, erläutert Shahrokh Shariat, Leiter der Universitätsklinik für Urologie der MedUni Wien/AKH.

Einer der größten Risikofaktoren für Blasenkrebs ist das Rauchen. Die Unterschiede zwischen Männern und Frauen bei der Krebsart liegen in molekularen, immunologischen, aber auch geschlechtsspezifischen Faktoren begründet, wie aktuelle Studien der MedUni Wien zeigen. Daher muss man künftig noch mehr als bisher bei der Vorsorge, Therapie und auch bei nötigen Eingriffen personalisierte, individuelle Modelle – Stichwort Präzisionsmedizin – anwenden, betonten die Mediziner anlässlich des internationalen Blasenkrebs-Monats Mai.

Ein Grund für die schlechtere Prognose ist, dass Frauen in diesem Fall mit ihren Beschwerden später zum Urologen bzw. zur Urologin kommen als Männer, da Blut im Harn oft mit einer Blasenentzündung oder einem Harnwegsinfekt abgetan wird. „Je später die richtige Diagnose gestellt wird, umso schwieriger gestaltet sich eine erfolgreiche Behandlung des Tumors“, warnt Shariat.

Er und sein Team haben nicht nur herausgefunden, dass Frauen mit Blasenkrebs in jedem Stadium der Erkrankung eine deutlich schlechtere Prognose haben, sondern auch, dass sich die Prognose im Gegensatz zu den Männern über die vergangenen Jahrzehnte nicht verbessert hat. Das Forschungsteam der MedUni Wien hat im vergangenen Jahr auch beweisen können, dass Frauen weniger auf die Immuntherapie, jedoch besser auf eine Chemotherapie ansprechen. Gerade vor einer Operation sollte daher bei Frauen verstärkt auf eine Chemotherapie gesetzt werden.

Referenz:
MedUni Wien
Pressemeldung science.apa: Frauen mit schlechterer Prognose bei Blasenkrebs, 3.5.2021, https://science.apa.at/power-search/10092361299450926702

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Zuviel Kochsalz bremst die Fresszellen

Zuviel Kochsalz kann nicht nur den Blutdruck in die Höhe treiben, sondern auch den Energiehaushalt von Immunzellen empfindlich stören und ihre Funktionsfähigkeit beeinträchtigen, warnt ein internationales Forscherteam.

Dass erhöhte Natriumkonzentrationen im Blut sich sowohl auf die Aktivierung als auch die Funktion patrouillierender Monozyten, der Vorläuferzellen der Makrophagen, auswirkt, ist seit 2015 bekannt. Jetzt weiß man auch, wie das geschieht. Setzt man Immunzellen einer erhöhten Salzkonzentration aus, zeigen sich nach drei Stunden erste Veränderungen. Die Atmungskette wird unterbrochen: die Zellen produzieren weniger ATP und verbrauchen weniger Sauerstoff. ATP ist der universelle Kraftstoff aller Zellen. Er liefert Energie für die „chemische Arbeit“ – die Synthese von Proteinen und anderen Molekülen – für Muskelkraft und die Regulation des Stoffwechsels. Gewonnen wird ATP in den Mitochondrien, den „Kraftwerken“ der Zelle. Wird ihre Aktivität gebremst, reifen Monozyten anders aus und sie können ihrer Aufgabe, Krankheitserreger aufzuspüren und zu beseitigen, nur eingeschränkt nachgehen.

In weiteren Untersuchungen an männlichen Probanden, zeigte sich der dämpfende Einfluss auf die Mitochondrien bereits nach einmaligem Pizzagenuss (10g Salz). Wie lange der Effekt anhält und ob es bei weiterer Salzzufuhr zu Akkumulationseffekten kommt, muss noch untersucht werden. Ebenso, ob dieser Mechanismus auch bei anderen Zelltypen durch Salz beeinflussbar ist. Das ist sehr wahrscheinlich, denn Mitochondrien finden sich nicht nur in Immunzellen, sondern in fast jeder Körperzelle, besonders viele finden sich in Muskel-, Nerven-, Sinnes- und Eizellen.

Ernährungsgesellschaften empfehlen Erwachsenen übrigens nicht mehr als fünf bis sechs Gramm Kochsalz pro Tag.

Referenz:
MDC, Charité Berlin; Freie Universität Berlin, Uni Regensburg, Uni Diepenbeek, Uni Bonn
Salt transiently inhibits mitochondrial energetics in mononuclear phagocytes, Circulation 2021; https://www.ahajournals.org/doi/10.1161/CIRCULATIONAHA.120.052788

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