Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Entscheidender Schritt zum Verständnis der initialen Blutgerinnung

02.05.2007
In der Early Edition von PNAS: Interdisziplinäre Forschergruppe mit Medizinern aus Münster und NIM-Physikern aus Augsburg und München liefert mit der Entdeckung eines "Nanoschalters im Blutkreislauf" den Schlüssel zu einem besseren Verständnis von Gefäßkrankheiten und Gerinnungsstörungen und zu neuen Therapieansätzen.

Physikern aus Augsburg und München, die im Exzellenz-Cluster "Nanosystems Initiative Munich" (NIM) kooperieren, ist es gemeinsam mit Medizinern der Universität Münster gelungen, das Rätsel der initialen Blutgerinnung zu lösen.

Den Beitrag "Shear-induced unfolding triggers adhesion of von Willebrand factor fibers", in dem S. W. Schneider, S. Nuschele, A. Wixforth, C. Gorzelanny, A. Alexander-Katz, R. R. Netz und M. F. Schneider ihre einschlägigen Untersuchungen und deren Ergebnisse beschreiben, wurde jetzt ) bereits vor dem Erscheinen der Druckversion in der Early Edition der US-amerikanischen Zeitschrift "Proceedings of the National Academy of Sciences" (PNAS) publiziert (http://www.pnas.org/papbyrecent.shtml). Die PNAS zählen zu den weltweit angesehensten Zeitschriften in den Naturwissenschaften.

Wie wird der VWF aktiviert?

... mehr zu:
»Blutgerinnung »Nanosystem »VWF

Wohl die meisten hätten die Behauptung unterschrieben, dass der Ablauf der Blutgerinnung, die letztendlich zum Verschluss von Verletzungen in Blutgefäßen führt, schon lange bis in alle Details verstanden wird. Ein großes Rätsel der Blutgerinnung war bislang allerdings immer noch ungeklärt: die Aktivierung des von-Willebrand-Faktors (VWF). Dieses hoch spezialisierte Makromolekül sorgt in einem gesunden Organismus für die Einleitung der Blutgerinnung nach einer Verletzung eines Blutgefässes. Die von-Willebrand-Erkrankung, bei der der Faktor entweder in einer krankhaft veränderten Form oder in zu geringen Mengen vorliegt, ist die häufigste Erbkrankheit, die zu erhöhter Blutungsneigung führt. Seit der Entdeckung des VWF im Jahre 1924 durch den Finnen Erik von Willebrand brüteten Wissenschaftler über der Frage, wie er aktiviert wird. Der von-Willebrand-Faktor ist das größte Eiweiß im menschlichen Blut und bleibt unter bestimmten Bedingungen an der Wand von verletzten Blutgefäßen kleben. Das bietet vorbeischwimmenden Blutplättchen die Möglichkeit zur Anhaftung. Damit kann eine Verletzung geschlossen werden. Doch die Frage, wie es zur Anheftung an die Gefäßwand kommt, blieb ungeklärt.

Weshalb höhere Anhaftung bei hohen Fließgeschwindigkeiten?

Ein weiteres Rätsel warfen Untersuchungen auf, die zeigten, dass die Anhaftung bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten effektiver funktionierte als bei niedrigen. Dass dies so ist, ist für den Menschen einerseits absolut lebensnotwendig. Denn durch den im Herzen erzeugten Blutdruck werden gerade in kleineren Gefäßen - z. B. in den Arteriolen - Verletzungen der Gefäßwände erzeugt, und d. h., dass der VWF gerade dort besonders "fleißig" und effektiv arbeiten, wenn der Mensch überleben soll. Dass hier hohe Fließgeschwindigkeiten eine bessere Anhaftung bewirken, passt andererseits nicht zu unserer allgemeinen Erfahrung, dass etwa der Versuch, aus einem stark strömenden Gewässer ans Ufer zu gelangen, weitaus schwieriger ist als bei einem langsam dahin fließenden Strom. Das Rätsel, weshalb der VWF sich gewissermaßen konträr zu dieser Erfahrung verhält, scheint nun gelöst.

Der VWF als "mechanisch schaltbares" Molekül

Bei der bisher üblichen Herangehensweise an diese Frage standen einseitig enzymatische und biochemische Aspekte im Zentrum. Offensichtlich sind bei der Aktivierung des VWF aber mechanische Kräfte am Werk, große Scherkräfte nämlich, die bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten - also unter Bedingungen, wie sie in den Arteriolen des menschlichen Blutkreislaufes herrschen - wirksam sind. Insofern mussten sich Wissenschaftler verschiedener Disziplinen zusammentun, um Fortschritte bei der Erforschung des Phänomens zu erzielen. Solch ein entscheidender Fortschritt hat sich nun aus der Zusammenarbeit von Medizinern aus Münster einerseits mit Physiker-Arbeitsgruppen der Universität Augsburg und der TU München andererseits ergeben, die der im Rahmen der Exzellenzinitiative des Bundes geförderten "Nanosystems Initiative Munich" (Sprecheruniversität LMU München) angehören: Die vom "interdisziplinären" Gebrüderpaar S. W. Schneider (Münster) und M. F. Schneider (Augsburg) vor zwei Jahren in Gang gesetzte Forschungskooperation hat im Ergebnis den von-Willebrand-Faktor als ein mittels Strömungsgeschwindigkeit "mechanisch schaltbares" Molekül identifiziert. "Dieser Erfolg", meint der Augsburger Nanowissenschaftler A. Wixforth, "ist eine Paradebeispiel für die Zukunftsträchtigkeit interdisziplinärer Forschung in der Nanowelt, wie sie als Idee hinter der 'Nanosystems Initiative Munich' steht."

Strömungssimulation mit Mikrofluidik

Um den Effekt der Aktivierung des von-Willebrand-Faktors genauer zu erforschen, mussten die Wissenschaftler zunächst eine Versuchsanordnung finden, die die Bedingungen in den Blutkapillaren widerspiegelt. Dafür nutzten sie vor allem die in den letzten Jahren in Augsburg entwickelte Methode des so genannten "Chip Labors": Auf einer Chipoberfläche mit einer Größe von einigen Millimetern wird hier unter Nutzung von akustischen Oberflächenwellen ("Nanoerdbeben") eine Strömung in einem nur wenige Mikrometer breiten Kanal erzeugt.

Von der 2 Mikrometer großen Kugel zum 100 Mikrometer langen Faden

Bei den in diesem "Chip Labor" erzeugten verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten ergab die Beobachtung des von-Willebrand-Faktors Erstaunliches: Sehr hohe Fließgeschwindigkeiten führen dazu, dass der VWF plötzlich seine Form ändert und von einer ca. 2 Mikrometer großen Kugel zu einem 100 Mikrometer langen Faden wird. Dieser Vorgang konnte mit Hilfe theoretischer Modelle in computergestützten Simulationen nachgespielt werden. Durch diese Entfaltung werden Bindungsstellen zur Verfügung gestellt, die vorher im Inneren der Kugel lagen. Mit diesen Bindungsstellen kann der VWF nun sehr effektiv an verschiedene Eiweiße, z. B. an Kollagene, der verletzten Gefäßwand anbinden. Zudem kommt es unter dauerhaft starker Strömung zur Quervernetzung von mehreren VWF-Fäden. An dieses Faser-Netzwerk können Blutplättchen leicht und verlässlich anbinden, was zur effektiven Bildung eines kleinen Blutpfropfens und damit zum Wundverschluss führt.

Grundlage für neue Therapieansätze

Im Ergebnis liefert die Zusammenarbeit der Münsteraner Mediziner und der NIM-Physiker aus Augsburg und München damit fundamental neue Einsichten zum besseren Verständnis von Blutgerinnungsstörungen. Diese neuen Einsichten lassen Gefäßkrankheiten wie z. B. die Arteriosklerose in einem neuen, medizinisch-physikalischen Licht erscheinen, das zweifellos zu neuartigen Therapieansätzen führen wird.

Weitere Informationen:
http://www.pnas.org/papbyrecent.shtml - Originalbeitrag
http://www.physik.uni-augsburg.de/exp1/ - Arbeitsgruppe Universität Augsburg
http://derma.klinikum.uni-muenster.de/mitarbeiter/index.html - Arbeitsgruppe Universität Muenster
http://einrichtungen.physik.tu-muenchen.de/T37/ - Arbeitsgruppe TU Muenchen
http://www.nano-initiative-munich.de/ - Nanosystems Initiative Munich
Korrektur vom 02.05.2007
Ansprechpartner:
Dr. Matthias F. Schneider
Institut für Physik
Universität Augsburg
Universitätsstraße 1
D-86159 Augsburg
Telefon: +49 (0)821/598-3311
Fax: +49 (0)821/598-3225
matthias.schneider@physik.uni-augsburg.de

Klaus P. Prem | idw
Weitere Informationen:
http://www.physik.uni-augsburg.de/exp1/schneider/schneider.html

Weitere Berichte zu: Blutgerinnung Nanosystem VWF

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Bereit für neue Turbulenzen
01.03.2017 | Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation

nachricht Am Rand der Galaxie
01.03.2017 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Forscher ahmen molekulares Gedränge nach

Enzyme verhalten sich im geräumigen Reagenzglas anders als im molekularen Gedränge einer lebenden Zelle. Chemiker der Universität Basel konnten diese engen Bedingungen nun erstmals in künstlichen Vesikeln naturgetreu simulieren. Die Erkenntnisse helfen der Weiterentwicklung von Nanoreaktoren und künstlichen Organellen, berichten die Forscher in der Fachzeitschrift «Small».

Enzyme verhalten sich im geräumigen Reagenzglas anders als im molekularen Gedränge einer lebenden Zelle. Chemiker der Universität Basel konnten diese engen...

Im Focus: Researchers Imitate Molecular Crowding in Cells

Enzymes behave differently in a test tube compared with the molecular scrum of a living cell. Chemists from the University of Basel have now been able to simulate these confined natural conditions in artificial vesicles for the first time. As reported in the academic journal Small, the results are offering better insight into the development of nanoreactors and artificial organelles.

Enzymes behave differently in a test tube compared with the molecular scrum of a living cell. Chemists from the University of Basel have now been able to...

Im Focus: Mit Künstlicher Intelligenz das Gehirn verstehen

Wie entsteht Bewusstsein? Die Antwort auf diese Frage, so vermuten Forscher, steckt in den Verbindungen zwischen den Nervenzellen. Leider ist jedoch kaum etwas über den Schaltplan des Gehirns bekannt.

Wie entsteht Bewusstsein? Die Antwort auf diese Frage, so vermuten Forscher, steckt in den Verbindungen zwischen den Nervenzellen. Leider ist jedoch kaum etwas...

Im Focus: Wie Proteine Zellmembranen verformen

Zellen schnüren regelmäßig kleine Bläschen von ihrer Außenhaut ab und nehmen sie in ihr Inneres auf. Daran sind die EHD-Proteine beteiligt, die Professor Oliver Daumke vom MDC erforscht. Er und sein Team haben nun aufgeklärt, wie sich diese Proteine auf der Oberfläche von Zellen zusammenlagern und dadurch deren Außenhaut verformen.

Zellen schnüren regelmäßig kleine Bläschen von ihrer Außenhaut ab und nehmen sie in ihr Inneres auf. Daran sind die EHD-Proteine beteiligt, die Professor...

Im Focus: Safe glide at total engine failure with ELA-inside

On January 15, 2009, Chesley B. Sullenberger was celebrated world-wide: after the two engines had failed due to bird strike, he and his flight crew succeeded after a glide flight with an Airbus A320 in ditching on the Hudson River. All 155 people on board were saved.

On January 15, 2009, Chesley B. Sullenberger was celebrated world-wide: after the two engines had failed due to bird strike, he and his flight crew succeeded...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

„Microbiology and Infection“ – deutschlandweit größte Fachkonferenz 5.-8. März in Würzburg

01.03.2017 | Veranstaltungen

Nebennierentumoren: Radioaktiv markierte Substanzen vermeiden unnötige Operationen

28.02.2017 | Veranstaltungen

350 Onlineforscher_innen treffen sich zur Fachkonferenz General Online Research an der HTW Berlin

28.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

„Microbiology and Infection“ – deutschlandweit größte Fachkonferenz 5.-8. März in Würzburg

01.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

CeBIT 2017: Automatisiertes Fahren: Sicheres Navigieren im Baustellenbereich

01.03.2017 | CeBIT 2017

Hybrid-Speicher mit Marktpotenzial: Batterie-Produktion goes Industrie 4.0

01.03.2017 | Energie und Elektrotechnik