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Covid-19: 20% der Erkrankten bilden keinen Immunschutz

Rund zwanzig Prozent von an Covid-19 genesenen Menschen entwickeln keinen Immunschutz gegen SARS-CoV-2. Zu diesem Resultat kam ein Forschungsteam der MedUni Wien um den Allergologen und Immunologen Rudolf Valenta. Es zeigte sich in einer Studie, dass der entscheidende Immunschutz, der das Andocken und Eindringen in die Körperzellen verhindert, nur dann entsteht, wenn man Antikörper speziell gegen die gefaltete Rezeptorbindungsdomäne (RBD) des Spikeproteins bilden kann. Diese Andockstelle ändert sich auch bei Virusmutanten nicht wesentlich. Manchen Menschen ist das jedoch aus unterschiedlichen Ursachen nicht möglich. Abhilfe könnte ein Antigen-basierter, auf RBD abzielender Impfstoff schaffen, der aber noch nicht zur Verfügung steht.

Die Studie analysierte die Antikörperantwort von 250 Personen nach milder und schwerer Infektion mit Hilfe der an der MedUni Wien entwickelten Mikroarray (Chip)- Technologie, wobei eine Vielzahl an Virus-Antigenen auf einen Chip in mikroskopischer Größe maschinell aufgebracht werden. Zusätzlich wurden überlappende Eiweißbruchstücke (Peptide) dieser Virusantigene darauf fixiert, die das ganze Spikeprotein abdecken, auf dem die Rezeptorbindungsdomäne (RBD) sitzt.

Die Erwartung der ForscherInnen war, dass eine Immunreaktion auf die Peptide erfolgen würde, jedoch kam es nur gegenüber dem intakten, dreidimensional gefalteten Spikeprotein zu Antikörperbildung. Ausschließlich eine Antikörper-Antwort gegen das gefaltete Protein, nicht aber gegen Teile davon, schützt gegen die Infektion. Wenn jemand keine Antikörper gegen die gefaltete RBD bilden kann, ist er also weniger geschützt. Das könnte auch auf geimpfte Personen zutreffen, meinen die Forscher. Es ist daher möglich, dass Impfdurchbrüche durch eine mangelnde Entwicklung von Antikörpern gegen gefaltetes RBD erklärbar sind.

Referenz:
MedUni Wien
Neutralization of SARS-CoV-2 requires antibodies against conformational receptor-binding domain epitopes, Allergy 2021; https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/all.15066

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Kaiserschnitt: kein erhöhtes Risiko für Atemwegserkrankungen

Verschiedene Studien haben einen Zusammenhang zwischen der Geburt per Kaiserschnitt (Sectio) und dem Auftreten eines erhöhten Risikos für spätere Atemprobleme festgestellt, wobei ein möglicherweise erhöhtes Risiko für Allergien und Erkrankungen des Atmungssystems postuliert wird. Es wird vermutet, dass Faktoren, die die Entwicklung des Mikrobioms und des Immunsystems des Neugeborenen beeinflussen, eine große Rolle spielen. Hier werden der Kontakt mit dem Mikrobiom der Mutter im Geburtskanal aber auch der Zeitpunkt und die Art des Einsatzes von Antibiotika unter der Geburt, sowie epigenetische Effekte von Stress unter der Geburt erwähnt.

Eine umfangreiche Schweizer Langzeitstudie, die 578 gesunde Termingeborenen einschloss, konnte jedoch keine erhöhten Risiken für Atmungsprobleme nach Kaiserschnittgeburt ermitteln. Bei den Kindern wurden während des ersten Lebensjahres wöchentlich detailliert die Symptome von Atemwegserkrankungen erhoben, sowie im Alter von 6 Wochen eine Lungenfunktion durchgeführt. Nach sechs Jahren wurden die Lungenfunktion, sowie erworbene Erkrankungen des Atmungssystems und die Allergieneigung erhoben. Damit ist diese Studie eine der längsten um umfangreichsten zum Thema, weshalb auch die Aussagekraft der Resultate als hoch eingestuft wird.

Die Ergebnisse im Detail: schon im ersten Lebensjahr konnte kein Zusammenhang zwischen Kaiserschnitt-Geburten und Erkrankungen des Atmungssystems mehr nachgewiesen werden. Die Lungenfunktionen von Kindern nach Normalgeburt und nach Kaiserschnitt wiesen keinen Unterschied auf, weder 6 Wochen nach Entbindung noch nach sechs Jahren.

Referenz:
Universität BernAre children born by cesarean section at higher risk for respiratory sequelae?, Am J of Obstetrics and Gynecology 2021; https://doi.org/10.1016/j.ajog.2021.07.027

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APRIL schützt vor atherosklerotischen Herzerkrankungen

Atherosklerose ist eine chronisch entzündliche Gefäßerkrankung, die ursächlich für die Entstehung von Herzinfarkten und Schlaganfällen verantwortlich ist. Diese wird in erster Linie durch die Ablagerung von LDL-Cholesterin und die Ansammlung von Entzündungszellen in der Innenwand der Gefäße verursacht, was in weiterer Folge zum Aufbau atherosklerotischer Plaques führt. ForscherInnen der MedUni Wien haben in Zusammenarbeit mit internationalen KollegInnen nun entdeckt, dass ein Botenstoff namens „A Proliferation Inducing Ligand (APRIL)“ einen wesentlichen Schutz vor der Entstehung atherosklerotischer Plaques bietet.

Sie fanden im Tiermodell heraus, dass Mäuse, die APRIL nicht exprimieren, mehr Atherosklerose entwickelten. In weiterer Folge konnten sie auch zeigen, dass die Injektion von APRIL-neutralisierenden Antikörpern zur Entstehung größerer atherosklerotischer Plaques führt. Erstautor Dimitros Tsiantoulas: „APRIL bindet an Immunrezeptoren, die hauptsächlich an der Oberfläche von B-Lymphozyten exprimiert werden und reguliert dadurch die Produktion von Antikörpern und das Überleben Antikörper-produzierender Zellen.“ Aus diesem Grund wird APRIL auch als mögliche Zielstruktur zur Therapie von Autoimmunerkrankungen untersucht.

Die AutorInnen fanden auch heraus, dass APRIL in großen Mengen von Arterien selbst produziert wird und dort das Proteoglykan Perlecan bindet. Dieses stellt einen wesentlichen Bestandteil der inneren Schicht von Arterien dar und fördert die Ablagerung von LDL-Cholesterin in der Gefäßwand.

Zudem entdeckten die ForscherInnen eine bisher unbekannte Form von APRIL im menschlichen Blut. Durch die Analyse von mehr als 3.000 Patientenproben konnten sie zeigen, dass diese das Risiko der Mortalität aufgrund von kardiovaskulären Erkrankungen vorhersagen kann.

Referenz:
MedUni Wien, Universität Lausanne, Universität Cambridge
APRIL limits atherosclerosis by binding to heparan sulfate proteoglycans, Nature 2021; https://www.nature.com/articles/s41586-021-03818-3

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Biotechnologie Reproduktionsmedizin Wissenschaft

Züchtung von Organoiden auf Internationaler Raumstation ISS

UZH Space Hub und Airbus Defense and Space bringen mit dem nächsten Versorgungsflug zur Internationalen Raumstation ISS ein Experiment ins All, mit dem die industrielle Produktion menschlichen Gewebes in Schwerelosigkeit weiter vorangetrieben werden soll.

Mit diesem Schritt könnte der Weltraum zur Werkstätte werden, um menschliche Mini-Gewebe für den irdischen Einsatz in Forschung und Medizin herzustellen. Erste vorbereitende Tests mit differenzierten organähnlichen Leber-, Knochen- und Knorpel-Strukturen auf der ISS vor 18 Monaten waren erfolgreich verlaufen.

„Auf der Erde lassen sich wegen der Schwerkraft ohne Stützskelette keine dreidimensionalen Organoide produzieren», erläutert Biologin Cora Thiel. Auf großes Interesse stoßen solche 3D-Organoide bei Pharmaunternehmen: Toxikologische Studien könnten so ohne Umweg über Tiermodelle direkt an menschlichen Geweben durchgeführt werden. Aus Patientenstammzellen gezüchtete Organoide könnten zudem in Zukunft als Bausteine für Gewebe-Ersatz zur Therapie geschädigter Organe eingesetzt werden. Denn die Zahl der gespendeten Organe kann den weltweiten Bedarf an Tausenden von Spenderorganen bei Weitem nicht decken.

Das neue Probenmaterial wird Anfang Oktober zurück zur Erde kommen. Erste Ergebnisse sind ab November zu erwarten. Geplanter Start der Mission ist der 28. August 2021 um 3:37 EST vom Launch Pad LC-39A, Kennedy Space Center, Florida, USA.

Referenz: Universität Zürich
UZH und Airbus züchten menschliches Mini-Gewebe auf der Internationalen Raumstation ISS, Medienmitteilung 26.8.2021 Universität Zürich; https://www.media.uzh.ch/de/medienmitteilungen/2021/UZH-Space-Hub.html

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Gesundheitsökonomie Infektiologie Interne Medizin Leben Umwelt Wissenschaft

Wann kommt die nächste Pandemie?

Dass wir mit weiteren Pandemien rechnen müssen, wird von Wissenschaftlern nicht bezweifelt – dass die nächste Pandemie aber schneller kommen könnte als bisher angenommen, zeigt eine Untersuchung italienischer Forscher. Laut ihren Berechnungen werden die meisten Menschen im Laufe ihres Lebens eine extreme Pandemie wie Covid-19 erleben.

Die Studie nutzte Aufzeichnungen von Ausbrüchen der letzten 400 Jahre (darunter Pest, Cholera, Grippe), um die Intensität dieser Ereignisse und die jährliche Wahrscheinlichkeit ihrer Wiederholung abzuschätzen. Die Auswertung ergab, dass Pandemien relativ häufig auftreten und die Wahrscheinlichkeit einer Pandemie wie COVID-19 in jedem Jahr bei etwa 2% liegt. Das bedeutet, dass jemand, der im Jahr 2000 geboren wurde, eine etwa 38%ige Chance hat, eben jetzt eine Pandemie zu erleben. Der Verhütung und Kontrolle von Pandemien sollten in Zukunft deshalb auch eine höhere Priorität zukommen.

Denn die Daten zeigen auch, dass das Risiko intensiver Ausbrüche rasch zunimmt. Ausgehend von der zunehmenden Geschwindigkeit, mit der sich neuartige Krankheitserreger wie SARS-CoV-2 in den letzten 50 Jahren in menschlichen Populationen ausgebreitet haben, schätzt die Studie, dass die Wahrscheinlichkeit neuartiger Krankheitsausbrüche in den nächsten Jahrzehnten wahrscheinlich um das Dreifache steigen wird. Damit ist mit einer Pandemie wie Covid-19 innerhalb der nächsten 59 Jahre zu rechnen. Wann diese eintritt, kann allerdings nicht vorausberechnet werden, diese Ereignisse sind in jedem Jahr dieser Zeitspanne gleich wahrscheinlich. Als Grund für die zunehmende Häufigkeit von Ausbrüchen nenne die Autoren Faktoren wie das Bevölkerungswachstum, Veränderungen in den Nahrungsmittelsystemen, die Umweltzerstörung und der häufigere Kontakt zwischen Menschen und krankheitsübertragenden Tieren.

Referenz:
Universität Padua, Duke University Durham
Intensity and frequency of extreme novel epidemics, PNAS 2021; https://www.pnas.org/content/118/35/e2105482118?fbclid=IwAR35A_LGof_YKjZZtBaGyWY7_w4p01ByeceEH4H0qcICkXlL3HNkMBKKJCM

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Hepatologie Infektiologie Interne Medizin Virologie Wissenschaft

Viren hinterlassen dauerhafte genetische Spuren

Viren brauchen Körperzellen, um sich zu vermehren. Für viele Zellen bedeutet das letztlich das Ende, jedoch gibt es auch Viren, die befallene Zellen nicht abtöten – vermutlich mit dem Ziel, die Infektion möglichst lange aufrechtzuerhalten. Dazu zählen etwa die Hepatitis B- und C-Viren. Bisher ging man davon aus, dass diese dauerhaft in den befallenen Körperzellen verweilen. Ein Forschungsteam der Universität Basel berichtet nun, dass dem nicht so ist.

Mittels der Verwendung von Viren, die bei Mäusen eine chronische Leberinfektion auslösen, konnten die Forscher nachweisen, dass das Virus nach einer gewissen Zeit aus den befallenen Leberzellen verschwindet – ohne die Unterstützung von Immunzellen. „Die Leberzellen scheinen über einen Mechanismus zu verfügen, ein Virus aus ihrem Inneren zu entfernen“, so Peter Reuther, einer der beiden Erstautoren. Die chronische Infektion durch die Viren beruht also auf einem fortlaufenden Befall neuer Zellen.
Trotz der erstaunlichen Selbstheilungskräfte der Zellen geht die Infektion nicht spurlos an ihnen vorbei. Wie weitere Analysen zeigten, blieb das genetische Profil der geheilten Zellen verändert.

„Wir sehen da starke Parallelen mit anderen Studien bei geheilten Hepatitis C-Patienten. Ihre ehemals infizierten Leberzellen weisen Veränderungen am Erbgut auf, die die genetischen Programme beeinflussen“, so Katrin Martin, ebenfalls Erstautorin der Arbeit: „Man könnte spekulieren, dass diese langfristigen Veränderungen eine Ursache dafür sind, dass geheilte Hepatitis C-Patienten ein erhöhtes Leberkrebsrisiko haben“. In weiteren Studien wird jetzt unter anderem geprüft, ob sich solche Veränderungen an Genprogrammen rückgängig machen und sich dadurch Folgeschäden verhindern lassen.

Referenz:
Universität Basel
Persistent RNA virus infection is short-lived at the single cell level but leaves transcriptomic footprints, Journal of Experimental Medicine 2021; https://doi.org/10.1084/jem.20210408

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Infektiologie Umwelt Virologie Wissenschaft

Wie Mikroben Spitalszimmer erobern

Zu Beginn des Jahres 2017 nahm die Charité Berlin ein Bettenhaus nach einem kompletten Umbau wieder in Betrieb. Ein Forschungsteam nutzte die Gelegenheit, die Keimbesiedlung in Patientenzimmern über 30 Wochen hinweg zu beobachten. Beginnend vor der ersten Belegung und dann im Wochenrhythmus nahm das Team an definierten Stellen bakteriologische Proben. Ebenso wurden von den PatientInnen Nasen-, Rektal-, Hand- und Ellenbeugenabstriche genommen. Mit Hilfe von Sequenzierungsverfahren und PCR-Analysen wurde die Zusammensetzung und Menge der Bakteriengemeinschaften bestimmt, erfasst wurden auch Gensequenzen, die eine Resistenz gegen Antibiotika vermitteln.

Das Ergebnisse: Während der ersten zwei Monate des Patientenbetriebs änderte sich die Besiedlung der drei Untersuchungsorte entscheidend. Bakterienarten, die auf der Haut oder im Darm vorkommen, verdrängten einige Umweltkeime. Dabei nahmen sowohl die Artenvielfalt als auch die bakterielle Biomasse zu. Es bildeten sich in den untersuchten Zimmern schnell stabile Keimspektren aus, die jeweils für die Türklinke (hier fanden sich Bakterien des Hautmikrobioms), das Waschbecken (Bakterien der Mundflora) bzw. den Fußboden charakteristisch sind.

Im Beobachtungszeitraum zeigte sich keine Zunahme von pathogenen Keimen.  Jedoch häuften sich die auf dem Boden gefundenen Resistenzgene. „Wir müssen davon ausgehen, dass diese den Weg in Krankheitserreger finden könnten“, so Hortense Slevogt, Leiterin der Arbeitsgruppe in Jena: „Deshalb sollten wir dringend die Frage klären, warum diese Gene auf dem Boden immer mehr werden können und welche Übertragungsmechanismen für Resistenzgene vorhanden sind.“ Mit dem Test verschiedener Reinigungsregimes hat sich das Studienteam schon auf die Antwortsuche gemacht.

Referenz:
Charité Berlin, Universität Jena
Bacterial colonization dynamics and antibiotic resistance gene dissemination in the hospital environment after first patient occupancy: a longitudinal metagenetic study, Microbiome 2021;  https://doi.org/10.1186/s40168-021-01109-7

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Gastroenterologie Genetik Onkologie Wissenschaft

Darmkrebsrisiko: Bluttest gibt Auskunft

Über die Bestimmung von sieben Mikro-RNAs (miRNAs) im Blut lässt sich das Risiko für Darmkrebs besser vorhersagen als mit herkömmlichen Methoden – und das bereits viele Jahre vor der Diagnose. In einer aktuellen Studie konnten Wissenschaftler vom Deutschen Krebsforschungszentrum und vom Nationalen Centrum für Tumorerkrankungen (NCT) Heidelberg zeigen, dass das miRNA-Profil eine höhere Vorhersagekraft als genetische oder Lebensstil-basierte Verfahren zur Risikostratifizierung hat.

Darmkrebs kann besser als andere Krebsarten durch eine Früherkennung (Vorsorge-Darmspiegelung) erkannt werden. Allerdings wird die invasive Untersuchung längst nicht von allen wahrgenommen und die Darmkrebs-Vorsorge könnte möglicherweise viel effektiver eingesetzt werden, wenn sich das persönliche Erkrankungsrisiko mittels eines Biomarkers bestimmen lassen könnte. Bisher entwickelte Lebensstil-basierte Risikoprofile wurden diesem Anspruch bisher nicht gerecht.

Der neue Gentest schafft hier Abhilfe. Ein Forscherteam um Studienleiter Hermann Brenner konnte ein Panel von sieben miRNAs identifizieren, das eng mit dem Auftreten von Darmkrebs korrelierte. Im Vergleich zu anderen Risikoscores konnte der neue Test das individuelle Erkrankungsrisiko weitaus besser voraussagen als andere Verfahren. So hatten Studienteilnehmer mit den höchsten Werten des miRNA Risikokoscores (höchste 20 Prozent) ein etwa 20-fach höheres Risiko im Vergleich zu Personen mit den niedrigsten Werten (niedrigste 20 Prozent).
Janhavi Raut, Erstautorin der Arbeit: „Die Blutproben der Teilnehmer wurden bereits viele Jahre vor der Darmkrebs-Diagnose gewonnen. Unsere Daten zeigen, dass die Änderungen im miRNA-Profil der Erkrankung um Jahre vorausgehen können.“

Referenz:
DKFZ, NCT, Heidelberg
A microRNA panel compared to environmental and polygenic scores for colorectal cancer risk prediction, Nature Comm 2021, https://rdcu.be/ctL1T

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Neurologie Neurowissenschaften Pädiatrie Psychiatrie Wissenschaft

ADHS wächst sich nicht aus

Die Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitätsstörung (ADHS) ist eine der häufigsten psychischen Störungen im Kindes- und Jugendalter. Oft wird angenommen, dass sich die Störung mit dem Älterwerden bessert. Doch das ist nicht der Fall, meinen amerikanische Forschende, sie manifestiert sich im Erwachsenenalter nur anders, verschwindet manchmal und kommt dann wieder.

In der Untersuchung folgten die Wissenschaftler einer Gruppe von 558 Kindern mit ADHS im Alter von 8 bis 25 Jahren über 16 Jahre hinweg. Zur Beurteilung der Symptome wurden alle zwei Jahre Untersuchungen durchgeführt. Die Forscher befragten auch Familienmitglieder und Lehrer.

Die Auswertung ergab, dass nur etwa 10 Prozent aller Kinder im Erwachsenenalter keine Symptome der Erkrankung mehr aufweisen. 90 Prozent aller Kinder zeigten auch im Erwachsenenalter Symptome der Erkrankung. Diese wandeln sich jedoch im Laufe des Älterwerdens. Bei Kindern stehen Eigenschaften wie Desorganisation, Vergesslichkeit, Konzentrationsschwierigkeiten sowie hyperaktive, impulsive Symptome im Vordergrund. Die Kinder scheinen viel Energie zu haben, springen, laufen und klettern gerne. Bei Erwachsenen manifestiert sich ADHS eher als verbale Impulsivität, Schwierigkeiten bei der Entscheidungsfindung und in vorschnellen Handlungen. 
Die gute Botschaft der Forschenden lautet aber auch, dass die Störung die berufliche Laufbahn der Betroffenen nicht stört, sofern sie mit ADHS in Einklang gebracht werden kann. So haben viele der Untersuchten Erfolg in kreativen Berufen, während detailorientierte Berufe eine wirkliche Herausforderung darstellen. Ebenso wie das Aufrechterhalten von langen Freundschaften oder die Organisation von Haushalt und Finanzen.

Referenz:
University of Washington, Seattle
Variable Patterns of Remission From ADHD in the Multimodal Treatment Study of ADHD, Am J Psychiatry 2021; 10.1176/appi.ajp.2021.21010032

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Dermatologie Wissenschaft

Verbesserte Mikrobiom-Analyse der Haut

Gesunde Haut verfügt über einen bakteriellen Schutzschild gegen Krankheitserreger: das Mikrobiom. Untersuchungen der Bakterienzusammensetzung der Haut stießen bisher allerdings schnell an ihre Grenzen. Der Grund: In der klassischen Kultur auf Agarplatten vermehren sich nicht alle Bakterien aus einem Hautabstrich gleich gut und gleich schnell – einzelne können daher übersehen werden. Neuere genetische Analyseverfahren haben den Nachteil, dass große Mengen an DNA-Sequenzen aus Hautzellen sowie Bruchstücke toter Bakterien in das Ergebnis mit einfließen, was die Aussagekraft mindert.

Einem Forschungsteam ist es jetzt gelungen, mit Hilfe des Enzyms Benzonase störende Fremd-DNA zu entfernen und die lebendigen Bakterien in Abstrichen der Haut durch Sequenzierung zu identifizieren. Die Analyse von echten Hautabstrichen verlief sehr erfolgreich: In den Proben wurde keine Rest-DNA von toten Bakterien gefunden.

Die Methode eröffnet neue Möglichkeiten der Diagnose und Therapie für die Dermatologie. Bei vielen Hautkrankheiten, beispielsweise Neurodermitis oder Akne, ist der bakterielle Schutzfilm der Haut geschädigt. Martin Köberle, Technische Universität München (TUM): „Die enzymbasierte Selektion von lebendigen Hautbakterien kann uns helfen, einerseits mikrobielle Biomarker für bestimmte dermatologische Krankheiten zu finden, andererseits aber auch die Bakterien zu identifizieren, die den Krankheitsverlauf positiv beeinflussen. Sie könnten vielleicht eines Tages gezielt für eine Therapie eingesetzt werden.“ Die neue Methode zur Mikrobiom-Analyse wird nun bereits in zahlreichen Kohortenstudien (Untersuchung bestimmter Patientengruppen) zu Hautkrankheiten angewandt.

Referenz:
TU München
Pre-digest of unprotected DNA by Benzonase improves the representation of living skin bacteria and efficiently depletes host DNA, Microbiome 2021; https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-021-01067-0

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