my.chemie.de
Mit einem my.chemie.de-Account haben Sie immer alles im Überblick - und können sich Ihre eigene Website und Ihren individuellen Newsletter konfigurieren.
@Helmholtz Zentrum München / Miguel A. Pleitez
MiROM-Mikroskopaufnahme von lebenden Adipozyten (1mm x 1mm): Lipide (rot), Proteine (grün) und Kohlenhydrate (blau).
Hineinzoomen
Die simultane Beobachtung von dynamischen Veränderungen und Wechselwirkungen von Biomolekülen wie Kohlenhydraten und Lipiden in lebenden Zellen ist eine große Herausforderung in der Biomedizin, birgt aber zugleich ein großes, bisher unerreichtes Forschungspotential. Eine neuartige, markerfreie Bildgebungsmethode, die von einem Team des Helmholtz Zentrums München, der Technischen Universität München (TUM) und des Universitätsklinikums Heidelberg entwickelt wurde, eröffnet ganz neue Wege für das grundlegende Verständnis, die Überwachung, Prävention, Diagnose und Behandlung von Stoffwechselerkrankungen wie Diabetes und Adipositas.
Stoffwechselerkrankungen wie Diabetes und Fettleibigkeit nehmen weltweit zu, da neben der genetischen Veranlagung auch der Lebensstil einen großen Einfluss auf deren Verbreitung hat. Um beurteilen zu können, wie sich etwa eine Umstellung der Ernährungs- oder Bewegungsgewohnheiten auf Krankheiten und den ihnen zugrundeliegenden zellulären Stoffwechsel auswirken, sind präzise Überwachungsmethoden erforderlich.
Wissenschaftler vom Institut für Biologische und Medizinische Bildgebung des Helmholtz Zentrums München und des Lehrstuhls für Biologische Bildgebung am TranslaTUM der TUM haben hierfür eine bahnbrechende Technologie entwickelt. Der entscheidende Vorteil dieser Methode ist, dass Biomoleküle in lebenden Zellen kontrastreich und ohne den Zusatz von Markern und Kontrastmitteln in Echtzeit abgebildet werden. Die Evaluierung dieses Bildgebungssystems erfolgte in Zusammenarbeit mit dem Institut für Diabetes und Krebs am Helmholtz Zentrum München und dem Universitätsklinikum Heidelberg.
Die „Mid-Infrarot-Optoakustische Mikroskopie“, kurz MiROM, erzeugt „fingerabdruckspezifische“ molekulare Vibrationen durch die Anregung der Moleküle mit Laserlicht im mittleren Infrarotbereich. Die selektive Absorption bestimmter Wellenlängen durch verschiedene Moleküle führt zu einer thermoelastischen Expansion – winzige volumetrische Ausdehnungen der Moleküle also, die Ultraschallwellen erzeugen. Diese Wellen werden erfasst und so verarbeitet, dass die Verteilung der jeweiligen Moleküle bildlich dargestellt werden kann.
Ein entscheidender Vorteil dieser neuen Methode gegenüber bisherigen Techniken ist, dass sie nicht auf getrocknete, fixierte Proben beschränkt ist, sondern bei lebenden Zellen angewendet werden kann: MiROM liefert unverfälschte, präzise Darstellungen von Metaboliten, weil akustische Wellen nicht so stark wie Photonen von Gewebe und Wasser absorbiert werden. „MiROM bietet einen Durchbruch in der Mikroskopie: Bei der konventionellen IR-Spektroskopie im mittleren Infrarot führt eine höhere Biomolekülkonzentration zu einem höheren Signalverlust. MiROM dagegen wandelt diese in eine positive Kontrastmodalität um, wobei eine höhere Konzentration stärkere Signale liefert. Die neue Technik ermöglicht eine markerfreie Abbildung von Biomolekülen, die weit empfindlicher ist als Raman-Methoden“, erklärt Prof. Vasilis Ntziachristos, Direktor des Instituts für Biologische und Medizinische Bildgebung und des Lehrstuhls für Biologische Bildgebung.
„MiROM liefert neue Erkenntnisse über das Verhalten von Subpopulationen von Zellen im Zeitverlauf. Darüber hinaus können wir damit nicht nur Lipide, sondern auch Kohlenhydrate und Proteine in Echtzeit nachweisen“, sagt Miguel Pleitez, Leiter der Systementwicklung. Die markerfreie Darstellung von Metaboliten ermöglicht es, molekulare Prozesse auf ganz neue Weise zu untersuchen, beispielsweise bei der Fettspeicherung und -freisetzung während des Abbaus von weißen und braunen Fettzellen, der sogenannten Lipolyse. Darüber hinaus kann eine breite Palette an weiteren Stoffwechselvorgängen und die Wechselwirkungen unterschiedlicher Biomoleküle untersucht werden.
Diabetes, Fettleibigkeit oder Veränderungen der Lebensgewohnheiten, einschließlich Ernährung und Bewegung, beeinflussen Stoffwechselprozesse. Die Beobachtung vieler dieser Prozesse erforderte jedoch die Verwendung von Markern und Kontrastmitteln, deren Einbringung aufwändig ist und welche die untersuchte biologische Funktion beeinträchtigen können. Diese neue Technologie kann die zelluläre Stoffwechselforschung revolutionieren: „MiROM bietet eine einzigartige, markerfreie Beobachtung von Stoffwechselprozessen in lebenden Zellen in Echtzeit, mit der die Auswirkungen verschiedener Diäten auf zellulärer Ebene dynamisch untersucht oder die Wirksamkeit neuer Medikamentenklassen bewertet werden können“, sagt Pleitez. Um noch detailliertere Erkenntnisse zu einem breiten Spektrum an Krankheiten wie beispielsweise Krebs zu gewinnen, arbeitet das Team aktuell daran, die Geschwindigkeit, Auflösung und Empfindlichkeit von MiROM weiter zu erhöhen.
Erste Anwendungen im Labormikroskop zeigten präzise Stoffwechselvorgänge in Zellen und entnommenem Gewebe. „Langfristig wollen wir die Technologie so anpassen, dass sie Messungen am Menschen ermöglicht. Wir wollen systemische Prozesse im Zusammenhang mit Änderungen im Lebensstil direkt beobachten und analysieren, um mit diesem Wissen Strategien zur Krankheitsprävention zu optimieren“, erklärt Ntziachristos.
Wie kommunizieren einzelne Zellen in einem Gewebe? Und wie können diese Interaktionen modelliert werden, ohne dass die räumlichen Informationen verloren gehen? Forscher:innen um Fabian Theis vom Helmholtz Munich Computational Health Center und der Technischen Universität München (TUM) haben ... mehr
Wie winzige Veränderungen T-Zellen helfen zu überleben
Die chemische Modifikation von Nukleinsäuren, die sogenannte Methylierung, existiert nicht nur auf der DNA, sondern auch auf der RNA. Bislang ist noch unklar, ob diese Methylierung für bestimmte Zelltypen wichtig ist und welche Auswirkungen sie auf das Zusammenwirken von Zellen im Körper ha ... mehr
Kompliziertes Hafer-Genom entschlüsselt
Forschenden gelang es erstmals, das gesamte Erbgut von Hafer zu sequenzieren und umfassend zu charakterisieren. Im Vergleich zu anderen Getreidearten und zum Menschen ist das Hafer-Genom sehr komplex. Warum Hafer als gesünder gilt und weniger Allergien und Unverträglichkeiten auslöst als an ... mehr
Mit Deep Learning Blutkrankheiten besser verstehen
Seit Langem nutzen Ärzte zur Diagnose von Erkrankungen des blutbildenden Systems das Lichtmikroskop. Die Auswertungen einzelner Blutzellen erfolgen hierbei zum großen Teil manuell. Jetzt erhalten sie digitale Unterstützung durch künstliche Intelligenz. mehr
In nahezu allen Bereichen der Umweltanalytik, aber auch in der Produktqualitätskontrolle, Life-Sciences, biomedizinischen oder pharmazeutischen Forschung hat sich in der Vergangenheit die Zahl der Analysen ständig erhöht. Analytische Untersuchungen dienen dem Schutz der Gesundheit von Mens ... mehr
Carsten Marr, Jahrgang 1977, studierte Allgemeine Physik an der Technischen Universität München. Seine Diplomarbeit verfasste er am Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Garching und forschte 2003 in der Quantum Information and Quantum Optics Theory Group am Imperial College, London. Im Jah ... mehr
Christian Matek, Jahrgang 1986, studierte in München Physik und Medizin. Im Jahr 2014 promovierte er an der University of Oxford,Großbritannien, in theoretischer Physik. Seit 2017 liegt sein Forschungsschwerpunkt im Bereich der Künstlichen Intelligenz und des Maschinellen Lernens in der bil ... mehr
Bernhard Michalke ist Leiter der Forschungsgruppe „Element- und Elementspeziesanalytik“ und der „Zentralen Anorganischen Analytik“ am Helmholtz Zentrum München – Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt. Prof. Michalke studierte Biologie an der Technischen Universität München u ... mehr
Molekulares Monitoring der RNA-Regulation
Je besser wir zelluläre Prozesse wie die RNA Regulierung verstehen, desto gezielter können Medikamente entwickelt werden. Besonders schwierig war es bisher, die Regulierung nichtkodierender RNA nachzuverfolgen, also RNA, die nicht weiter zu Proteinen umgesetzt wird. Ein Forschungsteam der T ... mehr
Synthetische Peptide könnten Bildung schädlicher Ablagerungen verhindern
Bei der Alzheimer-Demenz geht der Untergang der Hirnzellen mit der Bildung von schädlichen Eiweißaggregaten und -ablagerungen, den sogenannten Amyloid-Plaques, einher. Ähnliche Prozesse spielen aber auch beim Typ-2-Diabetes eine wichtige Rolle. Einem Forschungsteam unter der Führung der Tec ... mehr
Erster elektrischer Nanomotor aus DNA-Material
Einem Forschungsteam unter Leitung der Technischen Universität München (TUM) ist es erstmals gelungen, einen molekularen Elektromotor mit der Methode des DNA-Origami herzustellen. Die winzige Maschine aus Erbgut-Material setzt sich selbst zusammen und wandelt elektrische Energie in Bewegung ... mehr
Vitalkleber, ein Protein mit Potenzial
In fast jedem der 17 Ziele der Agenda 2030 für eine nachhaltige Entwicklung spielen Lebensmittel und deren Wertschöpfungskette eine wichtige Rolle [1]. Mit der Agenda haben die Vereinten Nationen einen globalen Handlungsrahmen geschaffen, der sich an alle gesellschaftlichen Akteure richtet. mehr
Biobasierte Rohstoffströme der Zukunft
Der anthropogene Klimawandel und die steigende Weltbevölkerung im Verbund mit zunehmender Urbanisierung induzieren globale Herausforderungen an unsere Gesellschaft, die nur durch technologische Fortschritte gelöst werden können. mehr
Ein Geschmacks- und Aromaschub im Mund
Der Ernährungstrend hin zu gesünderen Snacks ist ungebremst. Snacks aus gefriergetrockneten Früchten erfüllen die Erwartungen der Verbraucher an moderne, hochwertige Lebensmittel. Allerdings erfordert die Gefriertrocknung ganzer Früchte lange Trocknungszeiten ... mehr
Thomas Becker, Jahrgang 1965, studierte Technologie und Biotechnologie der Lebensmittel an der Technischen Universität München (TUM). Im Anschluss arbeitete er von 1992 bis 1993 als Projektingenieur in der Fa. Geo-Konzept. Die Promotion erfolgte 1995 an der TUM. Von 1996 bis 2004 war er als ... mehr
Monika Wehrli, Jahrgang 1994, schloss ihr Studium mit Schwerpunkt Lebensmittelverfahrenstechnik an der ETH Zürich ab. Seit 2018 forscht sie an der Technischen Universität München am Lehrstuhl für Brau- und Getränketechnologie, wo sie ihre Promotion im Bereich Getreidetechnologie und -verfah ... mehr
Thomas Brück, Jahrgang 1972, absolvierte sein Bachelorstudium (B.Sc.) 1996 in den Fächern Chemie, Biochemie und Management an der Keele University in Stoke on Trent, U.K. Er hält einen Masterabschluss (1997) in Molekularmedizin von derselben Universität und promovierte 2002 auf dem Gebiet d ... mehr
Hirntumorzellen erobern das Gehirn als neuronale Trittbrettfahrer
Bestimmte Zellen aus Glioblastomen, der aggressivsten Form von Hirntumoren, imitieren Eigenschaften und Bewegungsstrategien von unreifen Nervenzellen, um das Gehirn zu kolonisieren. Grundlegend neue Ergebnisse von Forschenden des Universitätsklinikums Heidelberg (UKHD) und der Medizinischen ... mehr
Zielgerichteter Therapieansatz für seltene Knochenkrebsart
Chordome sind seltene Knochentumoren, die nur schlecht behandelt werden können. Wissenschaftler und Ärzte vom Nationalen Centrum für Tumorerkrankungen (NCT), Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) und Universitätsklinikum Heidelberg (UKHD) konnten mittels einer Genanalyse ein besonderes ge ... mehr
Neuer Impfstoff-Kandidat gegen Malaria erfolgreich untersucht
Ein neuartiger Impfstoff-Kandidat gegen den Erreger der Malaria tropica, der schwersten Form der menschlichen Malaria, wurde jetzt erfolgreich auf Sicherheit, Verträglichkeit und Immunogenität (Fähigkeit zur Antikörperbildung) hin untersucht. Experten der Abteilung Klinische Pharmakologie u ... mehr
q&more verfolgt den Anspruch, aktuelle Forschung und innovative Lösungen sichtbar zu machen und den Wissensaustausch zu unterstützen. Im Fokus des breiten Themenspektrums stehen höchste Qualitätsansprüche in einem hochinnovativen Branchenumfeld. Als moderne Wissensplattform bietet q&more den Akteuren im Markt einzigartige Networking-Möglichkeiten. International renommierte Autoren repräsentieren den aktuellen Wissenstand. Die Originalbeiträge werden attraktiv in einem anspruchsvollen Umfeld präsentiert und deutsch und englisch publiziert. Die Inhalte zeigen neue Konzepte und unkonventionelle Lösungsansätze auf.
> mehr zu q&more
q&more wird unterstützt von:
