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Kardiologie Leben

Energiebündel Herz

Kein Muskel des Menschen leistet mehr als das Herz. Es pumpt unser gesamtes Blut innerhalb von nur einer Minute durch unseren Körper. Aufgrund seiner ausgeklügelten Konstruktion schlägt das faustgroße Organ in unser Brust jahrzehntelang ohne Pause und versorgt unsere Organe und Zellen der Gewebe mit allen wichtigen Nährstoffen.

Das Herz besteht aus zwei synchron arbeitenden Herzkammern, die den großen und kleinen Kreislauf unseres Körpers bedienen. Eine Kammer treibt sauerstoffarmes Blut in die Lunge, wo es mit Sauerstoff versorgt und als „frisches“ Blut zum Herzen zurückgeführt wird. Dies wird als kleiner Kreislauf oder Lungenkreislauf bezeichnet. Im Herzen gelangt das Blut dann in die zweite Herzkammer und wird anschließend in den großen Körperkreislauf gepumpt.

Das Herz ist äußerst anpassungsfähig und kann seine Pumpleistung in Extremsituationen um ein Vielfaches steigern. Je nachdem, ob wir entspannt sind oder extremer Anstrengung ausgesetzt sind, wird die Herzleistung an die Bedürfnisse des Körpers angepasst. All dies geschieht ohne unser bewusstes Zutun, denn die Steuerung wird vom (autonomen) vegetativen Nervensystem übernommen.

Über welche Fähigkeiten das Kraftwerk unseres Körpers noch verfügt, haben wir im nachfolgenden Bildbeitrag zusammengefasst:

Referenzen: GEOkompakt, Nr. 59 – Das Wunder Mensch; Apropos: http://www.aproposgesund.de/?p=1811; Kurier: https://kurier.at/wissen/weltherztag-wissen-uebers-herz/28.616.340; Focus: https://www.focus.de/gesundheit/ratgeber/herz/tid-13948/forschung-zehn-fakten-zum-herz_aid_389810.html

#herz #herzmuskel #organ #kraftwerk #energiebündel #medizin #medizinerklärt #medimpressions

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Leben Neurologie Wissenschaft

Warum Handschreiben schlau macht

Ergebnisse mehrerer Studien haben bereits in der Vergangenheit gezeigt, dass sich sowohl Kinder als auch Erwachsene beim Schreiben von Hand besser erinnern und mehr lernen. Dies bestätigt jetzt auch eine aktuelle norwegische Studie. Bereits 2017 untersuchten die Wissenschaftler der NTNU (Norwegian University of Science and Technology) die Gehirnaktivität von 20 Studenten. In der erst kürzlich veröffentlichten Studie wurde erstmalig die Gehirnaktivität bei Kindern und jungen Erwachsenen untersucht. Beide Studien wurden unter Verwendung eines HD-EEGs durchgeführt, um die Gehirnwellenaktivität zu verfolgen und aufzuzeichnen.

Die Ergebnisse zeigten, dass das Gehirn sowohl bei Kindern als auch bei jungen Erwachsenen beim Schreiben mit der Hand viel aktiver ist als beim Tippen auf einer Tastatur. Die Verwendung von Stift und Papier ermöglicht dem Gehirn an Erinnerungen besser festhalten zu können. Handschreiben erzeugt eine höhere Aktivität in den sensomotorischen Teilen des Gehirns und regt viele unterschiedliche Sinne an. Diese Sinneserfahrungen stellen den Kontakt zwischen verschiedenen Teilen des Gehirns her und öffnen das Gehirn für das Lernen.

Die Forscher betonen daher, wie wichtig es ist, dass Kinder insbesondere in jungen Jahren zum Zeichnen und Schreiben herausgefordert werden. 

Referenzen:

Norwegian University of Science & Technology The Importance of Cursive Handwriting Over Typewriting for Learning in the Classroom: A High-Density EEG Study of 12-Year-Old Children and Young Adults. Eva Ose Askvik, F. R. (Ruud) van der Weel and Audrey L. H. van der Meer. Front. Psychol., 28 July 2020 | https://doi.org/10.3389/fpsyg.2020.01810

#handschreiben #schreiben #gehirn #lernen #erinnerung #neuroscience #kinder #eeg #gehirnstrom #schule #wissenschaft 

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ForscherInnen im Porträt Onkologie Wissenschaft

ForscherInnen im Porträt: DI Benjamin Salzer, PhD

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Jungforscher Benjamin Salzer hat den ersten Preis der Life Science PhD-Awards Austria 2020 in der Kategorie “angewandte Wissenschaft” für seine herausragende Publikation „Safety and specificity engineering of chimeric antigen receptor T cells (CAR-T cells) by exploitation of avidity“ gewonnen.

Im Videoportrait erzählt Benjamin Salzer von seinem beruflichen Werdegang und gibt spannende Einblicke in seine Forschertätigkeit bei der St. Anna Kinderkrebsforschung. Des Weiteren spricht er darüber, wie sich eine gute Work-Life-Balance mit dem Job als Wissenschaftler vereinbaren lässt und was er privat als Ausgleich zu seiner herausfordernden Tätigkeit macht.

Zur Person:

Benjamin Salzer ist promovierter Wissenschaftler, der sich auf dem Gebiet der Krebsimmuntherapie mit CAR-T-Zellen spezialisiert hat. Seit 2015 ist er an der St. Anna Kinderkrebsforschung tätig und arbeitet mit neuartigen molekularen Werkzeugen an der Verbesserung von Zelltherapien.

Ausgewählte Publikationen:

Engineering AvidCARs for combinatorial antigen recognition and reversible control of CAR functionAugust 2020 Nature Communications 11(1):4166 DOI: 10.1038/s41467-020-17970-3

Targeting aggressive osteosarcoma with a peptidase-enhanced cytotoxic melphalan flufenamideJuly 2020 Therapeutic Advances in Medical Oncology 12:175883592093789 DOI: 10.1177/1758835920937891

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Immunologie Onkologie Wissenschaft

Gedächtnistraining für das Immunsystem

Wissenschaftler der Uni Würzburg haben neue Details zur Arbeitsweise des Immunsystems entschlüsselt, die von Bedeutung sind, damit sich der Körper an frühere Infektionen erinnern kann. Diese könnten dazu beitragen, die Immuntherapie zur Behandlung von Tumorerkrankungen zu verbessern.

„Wenn sich der Körper erfolgreich gegen einen Krankheitserreger zur Wehr gesetzt und diesen eliminiert hat, sterben die meisten der zuvor expandierten T-Zellen wieder ab, da sie nicht mehr benötigt werden“, erklärt Wolfgang Kastenmüller. Etwa fünf bis zehn Prozent dieser Zellen überleben aber und entwickeln sich zu einer dauerhaften „Gedächtnispopulation“, die vor zukünftigen Infektionen schützen kann. In ihrer Arbeit konnten die Forscher nun einen Transkriptionsfaktor namens BATF3 identifizieren, der spezifisch das Überleben dieser Zellen und somit den Übergang zu einer Gedächtnisantwort reguliert. 

Wie in ihren Experimenten gezeigt werden konnte, wird dieser Faktor nur kurz nach der anfänglichen Aktivierung der T-Zellen produziert. Fehlt er hingegen, ist die Gedächtnisantwort dauerhaft gestört.

„Bisher war nicht klar, welche Rolle dieser Faktor für sogenannte CD8+ T-Zellen spielt“, so Kastenmüller. Als die Forscher diesen Faktor jedoch verstärkt in CD8+ T-Zellen exprimierten, zeigte sich, dass deren Überleben und entsprechend das immunologische Gedächtnis signifikant verbessert wurden.

Diese Erkenntnisse könnten dazu beitragen, bessere Therapien zur Behandlung von Krebs zu entwickeln, die dafür das Immunsystem der Erkrankten nutzen – sogenannte CAR-T-Zelltherapien. Aktuell werden CAR-T-Zellen zum Beispiel für die Therapie von B-Zell-Lymphomen, einer bösartigen Erkrankung des lymphatischen Systems – sehr erfolgreich eingesetzt. Die Forscher planen daher diese CAR-T-Zellen zu modifizieren, um deren Überleben im Patienten zu verbessern und damit die therapeutische Effizienz zu erhöhen.

Referenzen:

Universität Würzburg https://www.uni-wuerzburg.de/aktuelles/pressemitteilungen/single/news/gedaechtnistraining-fuer-das-immunsystem/

BATF3 programs CD8+ T cell memory. Nature Immunology, 28. September 2020. https://www.nature.com/articles/s41590-020-0786-2

#immunologie #gedächtnis #batf3 #tzellen #onkologie #tumor #krebs #medizin #forschung #wissenschaft #medimpressions

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Chirurgie ForscherInnen im Porträt Wissenschaft

ForscherInnen im Porträt: Dr. Stefan Salminger, PhD

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Dr. Stefan Salminger über seine Forschungsarbeit

Dr. Stefan Salminger hat für seine herausragenden Forschungsleistungen bereits mehrere Auszeichnungen erhalten, u.a. wurde er erst kürzlich aufgrund seiner Medizinprodukte-Gesetz-Studie „Implantierbare Sensoren zur drahtlosen und intuitiven Prothesensteuerung nach Amputation an der oberen Extremität“ von der MedUni Wien zum „Researcher of the Month, September 2020“ gekürt.

Im Video gibt er Einblicke in seine Forschungsarbeit, erzählt über Hürden & Herausforderungen und wie es mit der Studie weitergeht. Des Weiteren spricht Dr. Stefan Salminger über seine Begeisterung für seine Arbeit im Bereich der plastischen und rekonstruktiven Chirurgie und über seine Ziele als Wissenschaftler.

Zur Person:

Dr. Stefan Salminger studierte Humanmedizin an der Medizinischen Universität Wien mit Auslandsstudienaufenthalten an der Ludwig-Maximilians-Universität München und dem Universitätsspital Zürich. Nach Abschluss des Humanmedizinstudiums 2012 begann Dr. Salminger als PhD-Student im Cristian Doppler Labor für Wiederherstellung von Extremitätenfunktionen unter der Leitung von Univ.-Prof. Dr. Oskar Aszmann. Seit 2014 ist Dr. Salminger Assistenzarzt an der Abteilung für Plastische und Rekonstruktive Chirurgie der Universitätsklinik für Chirurgie. Sein PhD-Studium schloss er 2017 im Programm Neuroscience ab. 

Ausgewählte Studien:

  • S. Salminger et al., “Long-term implant of intramuscular sensors and nerve transfers for wireless control of robotic arms in above-elbow amputees,” Sci. Robot., 2019, doi: 10.1126/scirobotics.aaw6306.
  • S. Salminger, A. Sturma, M. Herceg, O. Riedl, K. Bergmeister, and O. C. Aszmann, “[Prosthetic reconstruction in high amputations of the upper extremity].,” Orthopade, vol. April, 2015, doi: 10.1007/s00132-015-3113-0.
  • S. Salminger, A. Sturma, A. D. Roche, J. A. Mayer, C. Gstoettner, and O. C. Aszmann, “Outcomes, Challenges, and Pitfalls after Targeted Muscle Reinnervation in High-Level Amputees: Is It Worth the Effort?,” Plast. Reconstr. Surg., vol. 144, no. 6, pp. 1037e-1043e, Dec. 2019, doi: 10.1097/PRS.0000000000006277.
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Immunologie Onkologie Wissenschaft

Interleukin 2 aktiviert Immunabwehr bei Krebs

Aktuelle Erkenntnisse von Forschern des Universitätsspitals und der Universität Zürich zeigen, dass der natürliche Botenstoff Interleukin 2 (IL-2) die Immunabwehr aktivieren und so die Bekämpfung von hartnäckigen Tumoren verbessern kann.

In ihrer Studie zeigte sich, dass IL-2 die Zahl bestimmter Immunzellen (dendritische Zellen) erhöht. Diese spüren entartete oder fremde Zellen im Körper auf und präsentieren sie den Killerzellen des Immunsystems. Diese wiederum können Krebszellen abtöten und so das Wachstum des Tumors stoppen oder das Krebsgeschwür sogar schrumpfen lassen. Des Weiteren zeigten Daten aus der Krebsdatenbank, dass Hautkrebspatienten, die mehr IL-2-Aktivität im Tumor aufwiesen, länger überlebten.

Die Studie liefert einen wichtigen Ansatzpunkt, um Immuntherapien gegen Krebs zu verbessern, insbesondere bei solchen Patienten, bei denen auch die neuesten Behandlungen keinen Erfolg bringen. Immerhin seien das mehr als die Hälfte der Patienten.

Der Botenstoff IL-2 wurde bereits vor 30 Jahren für die Bekämpfung von Tumoren eingesetzt – allerdings mit hohen Nebenwirkungen. Das Forscherteam entwickelte daher Interleukin 2-Komplexe, bei denen der Botenstoff an einem Antikörper haftet. Die Nebenwirkungen bei diesen Behandlungen konnten so in Laborstudien stark verringert werden. Um die Behandlung nun genauer zu überprüfen, sind weitere klinische Studien erforderlich.

Referenzen: 

Universität Zürich, Universitätsspital Zürich; APA Science

Interleukin-2 signals converge in a lymphoid–dendritic cell pathway that promotes anticancer immunity, Science Translational Medicine  16 Sep 2020: https://stm.sciencemag.org/lookup/doi/10.1126/scitranslmed.aba5464

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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

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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

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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

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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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