Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Blick ins "Getriebe" der "Zellkraftwerke" erstmals möglich: Forscher entwickeln optische Messmethode

20.12.2016

Volkskrankheit Alzheimer: Bislang sind die Ursachen der neurodegenerativen Erkrankung, an der mehr als eine Million Deutsche leiden, nicht vollständig geklärt. Vermutlich spielen gestörte Stoffwechselprozesse in den Mitochondrien, den sogenannten „Kraftwerken der Zelle“, eine zentrale Rolle. Wissenschaftler der Uni und Uniklinik Ulm haben nun eine Untersuchungsmethode entwickelt, mit der die komplexen Vorgänge im Zellinneren optisch dargestellt werden können. Mit dem Messverfahren erreichten die Forscher Mitte Dezember das Finale um den renommierten Otto von Guericke-Preis.

Unsere Gesellschaft wird immer älter, und mit dem Alter steigt das Risiko für bestimmte Krankheiten wie die Alzheimer-Demenz. Laut der Deutschen Alzheimer Gesellschaft werden pro Jahr etwa 40 000 Menschen neu an der Demenzform erkranken, sofern es keinen Durchbruch in Prävention und Therapie gebe.


Für die neue Messmethode (links im Kasten) kombinierten die Forscher zwei Verfahren zur Fluoreszenz- (FLIM) und Phosphoreszenzmessung (PLIM)

Foto: Core Facility Konfokale und Multiphotonen Mikroskopie, Uni Ulm


Mikroskopische Visualisierung von Energiestoffwechseländerungen in Nervenzellen (Bild 1-3) und Hirngewebe (4,5). (Ausführliche Beschreibung: siehe Pressemitteilung)

Abb.: Patrick Schäfer, AG Rück/AG von Arnim

Die Ulmer Wissenschaftler Dr. Angelika Rück, Professorin Christine von Arnim und Dr. Björn von Einem haben nun zwei mikroskopische Methoden zur Fluoreszenz- (FLIM) und Phosphoreszenzmessung (PLIM) kombiniert, die sowohl die Diagnostik als auch die Entwicklung und Erprobung neuer Medikamente für Alzheimer und andere Volkskrankheiten wie Diabetes und Adipositas oder Tumor- sowie Autoimmunerkrankungen vorantreiben könnten.

„Bislang konnten wir den Stoffwechsel einer Zelle über den Sauerstoffverbrauch in Zellpopulationen messen, aber nicht die eigentliche Stoffwechselaktivität in den Zellen sichtbar machen“, erklärt Professorin Christine von Arnim, Oberärztin an der Klinik für Neurologie der Uniklinik Ulm und Leiterin der Arbeitsgruppe Alzheimer Lab.

„Mit dem von uns entwickelten optischen Verfahren sind wir jetzt erstmals in der Lage, wesentliche Stoffwechselprozesse in den Mitochondrien lebender Zellen darzustellen und zu verstehen. Wir können damit also auch metabolische Veränderungen bei neurodegenerativen Krankheiten wie Alzheimer nachvollziehen“, erläutert Dr. Angelika Rück, Leiterin der Core Facility „Konfokale und Multiphotonen Mikroskopie“ an der Uni Ulm. Das neue Verfahren werde daher in Zukunft von großer Bedeutung für die Entwicklung von Medikamenten sein, sind die Wissenschaftler überzeugt.

Was genau mithilfe der FLIM/PLIM-Kombination dargestellt werden kann, beschreibt Dr. Björn von Einem, Wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Arbeitsgruppe Alzheimer Lab: „Sehr vereinfacht gesagt messen wir die Dauer der Lichtemissionen der wichtigsten Moleküle des mitochondrialen Stoffwechsels. Diese werden mit einem Laser angeregt. Dann messen wir die Dauer der Fluoreszenz und die Abklingzeit in Nanosekunden.

Parallel ermitteln wir die Sauerstoffkonzentration mithilfe eines Phosphoreszenzmarkers“, so der Biologe. In Experimenten simulierten die Wissenschaftler Störungen im Zellstoffwechsel, indem sie die mitochondriale Atmung unter anderem durch Zugabe des Antibiotikums Antimycin A hemmten.

Mithilfe der neuen Laser-Apparatur konnten die Forscher zum einen die so entstehenden metabolischen Veränderungen in der Zelle und in den Mitochondrien darstellen. Zum anderen gelang es ihnen, diese gleichzeitig mit der Funktion des Sauerstoffs in der mitochondrialen Membran in Verbindung zu bringen.

Für die neuartige Untersuchungsmethode stellten die Firmen Toptica Photonics AG und Spectra-Physics GmbH die Laser-Apparatur bereit, vom Industriepartner Becker & Hickl GmbH kamen die Detektoren. Das langfristige Ziel der Forscher ist, das Verfahren in vivo anzuwenden, beispielsweise um in lebenden Zellen zu beobachten, welche Substanzen die Stoffwechselprozesse auf welche Weise beeinflussen.

Über das Projekt
Das Projekt „Mitochondriales Monitoring von Stoffwechseländerungen bei neurologischen Erkrankungen mittels optischer Systeme (Mitoskopie)“ der Ulmer Wissenschaftler wurde im Rahmen eines Projektes der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) durchgeführt und von der Forschungsvereinigung Feinmechanik, Optik und Medizintechnik e. V. (F.O.M) koordiniert. Die IGF soll die strukturbedingten Nachteile kleiner und mittlerer Unternehmen auf dem Gebiet von Forschung und Entwicklung ausgleichen. Es wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) mit öffentlichen Mitteln gefördert. Organisiert wird die IGF wird von der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" (AiF). Dieses Netzwerk vergibt jährlich den Otto von Guericke-Preis (à 10 000 Euro), für den das Ulmer Projekt dieses Mal nominiert war.


Video zum Projekt (Quelle: AiF):

https://www.youtube.com/watch?v=3bybsO4ugfo

Weitere Informationen:
Dr. Angelika Rück, angelika.rueck@uni-ulm.de, Tel.: 0731/ 50-33700

Prof. Dr. Christine von Arnim, christine.arnim@uni-ulm.de, Tel.: 0731/500-63011

Dr. Björn von Einem, bjoern.von-einem@uni-ulm.de, Tel.: 0731/500-63117

Marieke Behnel | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-ulm.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Auf der Suche nach Universal-Grippeimpfstoffen – Neuraminidase unterschätzt?
21.06.2018 | Paul-Ehrlich-Institut - Bundesinstitut für Impfstoffe und biomedizinische Arzneimittel

nachricht Organische Kristalle mit Twist und Selbstreparatur
21.06.2018 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Im Focus: Revolution der Rohre

Forscher*innen des Instituts für Sensor- und Aktortechnik (ISAT) der Hochschule Coburg lassen Rohrleitungen, Schläuchen oder Behältern in Zukunft regelrecht Ohren wachsen. Sie entwickelten ein innovatives akustisches Messverfahren, um Ablagerungen in Rohren frühzeitig zu erkennen.

Rückstände in Abflussleitungen führen meist zu unerfreulichen Folgen. Ein besonderes Gefährdungspotential birgt der Biofilm – eine Schleimschicht, in der...

Im Focus: Überdosis Calcium

Nanokristalle beeinflussen die Differenzierung von Stammzellen während der Knochenbildung

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universitäten Freiburg und Basel haben einen Hauptschalter für die Regeneration von Knochengewebe identifiziert....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Der “Stein von Rosetta” für aktive Galaxienkerne entschlüsselt

21.06.2018 | Physik Astronomie

Schneller und sicherer Fliegen

21.06.2018 | Informationstechnologie

Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

21.06.2018 | Innovative Produkte

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics