Quelle: https://academic..oup.com/pnasnexus/article/3/12/pgae519/7915712

Quellen: 1Journal of Gerontology: doi: 10.1093/gerona/glx219), 2Bundesgesundheitsblatt 67:  doi.org/10.1007/s00103-024-03867-9

©UKW/Kirstin Linkamp

Künstliche Gewebe haben das Potenzial, Tierversuche zu ersetzen. Sie werden vermutlich die Krebsforschung voranbringen. Und sie könnten künftig imstande sein, krankes oder zerstörtes Gewebe zu regenerieren. Solche Gewebe entstehen durch sogenannte Biofabrikation. „In der Biofabrikation versuchen wir, mithilfe automatisierter Prozesse wie dem 3D-Druck funktionale Gewebe herzustellen“, erklärt dazu Dr. Tomasz Jüngst, seit 2022 Juniorprofessor für Biodruckverfahren an der Uni Würzburg. Diese Gewebe sollen in Zukunft zum Beispiel für die Testung von Medikamenten oder patient:innenspezifischer Therapien eingesetzt werden können. „Vor allem im Bereich der Gewebemodelle, die nicht so komplex sind wie ganze Organe, die nur bestimmte Funktionen eines Gewebes nachahmen müssen, sehe ich in der Biofabrikation hohes Potenzial“, erläutert der Physiker. Bessere Gewebemodelle, bei denen patient:inneneigene Zellen verwendet werden, könnten nach seiner Einschätzung in Zukunft vermehrt für die Entwicklung neuer Therapiemethoden eingesetzt werden. „Biofabrizierte Hautmodelle stehen bereits in den Startlöchern“, so der Wissenschaftler. Da das Forschungsfeld sehr jung ist, werden Biofabrikate nach seinen Erkenntnissen bisher noch nicht klinisch angewendet. Vermutlich werde es aber nicht mehr lange dauern, bis biofabrizierte Gewebe wie Haut oder Knorpel für die Testung von Medikamenten zur Verfügung stehen. „Komplexe Organe wie Leber oder Herz wird es hingegen noch lange nicht als Biofabrikate geben“, vermutet der Experte für 3D-Drucktechnologien. Fraglich sei, ob dies jemals möglich sein wird. Beim 3D-Druck von künstlichen Geweben, die im menschlichen Körper verbleiben sollen, müssten zahlreiche Aspekte berücksichtigt werden: „Zuallererst sollte das Biofabrikat vom Körper angenommen, nicht abgestoßen werden.“ Im Idealfall würde es vollständig in den Organismus integriert. „Außerdem sollte es möglichst auch den fortwährenden Erneuerungsprozess des menschlichen Körpers übernehmen“, so der Biofabrikationsforscher.  Bei größeren Organen müsse dann auch die Blutversorgung sichergestellt sein. Auch der Anschluss an das Kreislaufsystem, eine Verbindung mit dem Nervensystem sowie mit Systemen wie dem Lymphsystem müssten ermöglicht werden. Professor Jüngst: „Wir haben noch einige Aufgaben vor uns.“ Die in der Biofabrikation eingesetzten Materialien werden als „Biotinten“ oder „Biomaterialtinten“ klassifiziert. „Bei Biotinten müssen nach der aktuellen Definition Zellen im Material enthalten sein und im Druckprozess direkt eingesetzt werden“, erklärt Jüngst. Bei Biomaterialtinten würden die Konstrukte zunächst gefertigt und anschließend mit Zellen besiedelt: „Beide Materialklassen beinhalten synthetische aber auch natürliche Materialien.“ Es sei also möglich, Materialien von Grund auf im Labor neu zu gestalten und deren Funktion an die Anforderungen der Biofabrikation anzupassen: „Wir können aber auch Materialien für uns nutzen, die in der Natur vorkommen.“ Beispiele für synthetische Materialien seien die in der Pharmazie weit verbreiteten Polyethylenglycole oder bioabbaubare Polyester wie Polycaprolacton. Beispiele für natürliche Materialien seien Alginate, die auch in der Pharmazie und Lebensmittelindustrie weit verbreitet sind, sowie Kollagen tierischen Ursprungs, das auch im menschlichen Körper im Bindegewebe zu finden ist.

©Daniel Peter

„Safe my samples“ („Sichere meine Proben“) – dieser Herausforderung kommt die interdisziplinäre Biomaterial- und Datenbank Würzburg (ibdw) des Uniklinikums (UKW) und der Universität Würzburg nunmehr seit zehn Jahren nach. Hier werden bei Minus 80 und Minus 180 Grad rund 900.000 Flüssigproben und rund 5.000 Gewebeproben eingefroren und sicher aufbewahrt, bis diese für Forschungszwecke gebraucht und aufgetaut werden. Bei den Gewebeproben handelt es sich in der Regel um Biomaterial, das bei einer Operation entnommen wurde zur Untersuchung im Labor. Unter den Flüssigproben finden sich Hirn- (für die Neurologie), Bauch- (für die Gastroenterologie) und Lungenwasser (für die Pneumologie) sowie Speichel (etwa von Corona-Patient:innen), Blut und Urin. Das hier eingelagerte Biomaterial sind „Broad Consent“– Proben, die auf einer „breiten Zustimmung“ zur Daten- und Probenverarbeitung zu Forschungszwecken fußt. Die „breiten“ Einwilligungserklärungen hierfür seien von Ethikkommissionen in Zusammenarbeit mit Datenschutzbeauftragten erstellt worden, so das Vorstandsmitglied des Arbeitskreises Medizinischer Ethikkommissionen der Bundesrepublik Deutschland, Roland Jahns. „5.000 Proben sind kürzlich vom Deutschen Zentrum für Herzinsuffizienz (DZHI) einzig für eine klinische Studie abgerufen worden“, so der ibdw-Direktor. Das Helmholtz-Institut für Infektionsforschung in Braunschweig rief gleich zu Beginn der Corona-Pandemie Patient:innen-Seren von Grippekranken aus den Jahren 2016, 2017 und 2018 ab. Man wisse nie, wann welches Biomaterial zu welchem Zweck benötigt wird, so Jahns. „Das macht die Entscheidung, was bewahrt man auf, was kann weg, so schwierig. Grippeerkrankungen aus dem Jahr 2016 … es gibt kaum etwas ‚Langweiligeres‘. Und plötzlich waren sie für die beginnende Corona-Forschung vor drei Jahren hochspannend“, berichtet der Internist. Neben Studien zu Corona (15 Prozent aller Proben der deutschlandweiten Corona-Forschung kommen aus Würzburg) und Herzinsuffizienz, liefert die ibdw Biomaterial an Wissenschaftler:innen, die etwa zu Schlaganfall, Parkinson und Krebs forschen. 70 Prozent der Samples gehen an regionale Partner:innen, 30 Prozent sind nationale oder internationale Anfragen. 

„Mit den Biobanken der Charité in Berlin und der Medizinischen Hochschule Hannover gehört Würzburg zur Speerspitze der deutschen Biobanken“, betont der Direktor der ibdw. Vor zehn Jahren gab es fünf vom Bundesforschungsministerium geförderte zentralisierte nationale Biobanken in Deutschland, die sich schon frühzeitig zertifiziert haben. Heute sind es fast schon 20. „Das Time Magazin listete bereits 2009 zehn Dinge auf, die die Welt verändern werden“, so Professor Jahns in seiner Rede beim ibdw-Jubiläum am 23. Juni im UKW. Biobanken gehörten dazu! Die immensen Fortschritte gerade bei personalisierten Krebstherapien wären ohne diese Bibliotheken menschlichen Biomaterials nicht möglich gewesen. Das ist auch der Grund, warum bei der ibdw „angebaut“ wird. Das Nationale Centrum für Tumorerkrankungen (Verbund aus Deutschem Krebsforschungszentrum und Partner:innen der Universitätsmedizin) hat einen neuen Standorte-Verbund unter Führung von Würzburg dazubekommen. Die Würzburger Biobank, deren Kapazitäten momentan fast erschöpft sind mit rund 900.000 von 1,1 Millionen belegten Plätzen, baut im Herbst an, um die Speicherplätze für ihre Bioproben zu verdoppeln. 

Zusammen mit dem Biologen Dr. Rainer Wolf macht Mahner die Probe aufs Exempel. Sie nehmen die Menschen ernst. Der Versuchsaufbau ist transparent – darf sogar mitgestaltet werden. Und zudem dürfen Vertrauenspersonen anwesend sein. Durchgeführt werden sogenannte „Doppel-Blind-Tests“. So werden andere Faktoren als das tatsächliche Können der Proband:innen ausgeschlossen. „Getestet werden können nur Behauptungen, die zu einem klaren, für alle Parteien sofort sichtbaren Ja/Nein-Ergebnis führen“, erklärt Dr. Mahner. Es sei kein Platz für Interpretationen, subjektive Bewertungen oder schwammige Behauptungen. Diese Voraussetzungen würden auch Tests hinsichtlich Heilungsversprechungen Zukunftsdeutereien oder Jenseitskontakte ausschließen. Natürlich gibt es Scharlatane – so die Botschaft am Ende seines Vortrags. Doch das Gros der Versuchsteilnehmer:innen seien keine Betrüger. Sie seien von ihren Fähigkeiten überzeugt, müssen hinterher aber oft einsehen, dass sie sich selbst über ihr Können getäuscht hatten. Ob diese Einsicht nachhaltig ist, weiß Mahner nicht. „Nah dran“ an einem positiven Befund war 2019 ein junger Mann.

Zum ersten Mal in der Geschichte der Würzburger Psi-Tests hatte ein Proband die erste Testphase bestanden. Der 20-Jähriger erzielte neun von 13 möglichen Treffern. Zum Bestehen hätten sieben genügt. „Seine selbst gestellte Aufgabe bestand darin, unter zehn gleichen verschlossenen Schachteln die eine herauszufinden, in der ein Magnet versteckt war“, berichtete die GWUP. Diesen wollte er durch „Erspüren“ der magnetischen Kraft mit der Hand finden. Da der junge Mann die zweite Testphase abgesagt hat, wurde der Test für beendet erklärt. Auch andere Kandidaten möchten schließlich zum Zuge kommen. Denn: Wenn jemand nachweisen könnte, dass er paranormale Fähigkeit hat, würden sogar 10.000 Euro Preisgeld winken

Noch höher ist sogar das Vertrauen in Aussagen von Ärzten und medizinischem Personal mit rund 80 Prozent. Laut Wissenschaftsbarometer genießen hingegen die Aussagen behördlicher oder amtlicher Vertreter sowie seitens der Politik wenig Vertrauen: die höchsten Umfragewerte lagen hier bei knapp über 30 Prozent. Mit dem hohen Vertrauen in Wissenschaft und Forschung geht auch ein Wunsch von zwei Dritteln der Befragten (69 Prozent) nach einer wissenschaftlichen Basis politischer Entscheidungen einher. Wissenschaft schafft Fakten: im konkreten Kontext der Corona-Pandemie war die Hälfte der Interviewten der Meinung, dass Wissenschaftler der Politik Entscheidungen empfehlen sollten.

Zum ersten Mal seit den Erhebungen im Rahmen des Wissenschaftsbarometers hat das Internet (40 Prozent) das Fernsehen (37 Prozent) als Informationsquelle, um sich über Wissenschaft und Forschung zu informieren, überholt. Mit dem Wissenschaftsbarometer ermittelt Wissenschaft im Dialog in repräsentativen Umfragen die Einstellungen der Bevölkerung zu Wissenschaft und Forschung. Im November letzten Jahres fand die Ergebnispräsentation zum Wissenschaftsbarometer 2021 statt. Gefördert von der Robert Bosch Stiftung und unterstützt vom Fraunhofer Institut.

Quelle: Wissenschaft im Dialog/Kantar

Zum „Broken-Heart-Syndrom“ gebe es immer noch Forschungsbedarf, sagt die Neu-Würzburgerin: „Ich bin sicher, dass bei jeder:m einzelnen Patient:in eine andere Ursache vorliegt.“ Das Wichtigste sei aber, dass das Krankheitsbild behandelbar sei. Die Ursache: Beim Menschen können starke emotionale sowie körperliche Belastungen das Herz tatsächlich „brechen“. Auch bei depressiven Patient:innen könne ein Takotsubo-Syndrom auftreten wie auch bei Krebspatient:innen mit einer begleitend hohen emotionalen Belastung. „Es gibt also starke Verknüpfungen zur neurologischen und zur psychiatrischen Ebene des Körpers, aber auch weitere Organe sind mit dem Takotsubo-Syndrom assoziiert“, so die Professorin für molekulare Pharmakologie am Institut für Pharmakologie und Toxikologie der Universität Würzburg. Beim „Broken-Heart-Syndrom“ kontrahierten nur noch bestimmte Areale des Herzmuskels, die anderen bleiben bewegungslos. Meist lägen diese Areale in Richtung Herzspitze, die sich ballonartig vergrößern können. Diese eigentümliche Form der linken Herzkammer am Ende der Anspannungsphase ähnele einer ­japanischen Tintenfischfalle in Form eines ausgebuchteten Tonkrugs mit verengtem Hals.

Katrin Streckfuß-Bömeke, Professorin für molekulare Pharmakologie.
©privat

Daher komme auch der Name des Syndroms: Takotsubo heiße in Japan Oktopus-Falle, erklärt die Wissenschaftlerin. Bei gut zwei Prozent der rund 220.000 Herzinfarktfälle pro Jahr in Deutschland steckt nicht der Herzinfarkt (Verschluss eines Blutgefäßes des Herzmuskels mit der Folge eines Absterbens der Muskulatur), sondern das sogenannte Takotsubo-Syndrom dahinter. Gewissheit bringt eine Herzkatheter-Untersuchung, die im Falle eines Takotsubo-Syndrom keine Verschlüsse der Herzkranzgefäße zeige. Fast ein Viertel der Patienten erleiden in der akuten Phase Komplikationen mit Todesfolge. Habe man die erste Phase überwunden, könne man letztendlich – meist nach wenigen Wochen – wieder vollkommen genesen. Aufpassen müsse man dann nur, dass man kein zweites „Event“ bekomme. „Wir haben bei dieser sehr spezifischen Krankheit herausgefunden, dass das Takotsubo-Syndroms auf einer genetischen Präposition beruht. Die Herzmuskelzellen von Betroffenen reagieren viel empfindlicher auf Adrenalin“, erklärt Streckfuß-Bömeke. Außerdem funktioniere die Desensibilisierung nicht mehr – dieser Selbstschutz-Mechanismus mache die Herzmuskelzellen im Normalfall unempfindlich gegen körpereigene Stresshormone wie Adrenalin, wenn diese längere Zeit in hohen Mengen auf sie einwirken. Ein Forschungsschwerpunkt von Katrin Streckfuß-Bömeke sind die sogenannten Kardiomyopathien. Das ist eine Gruppe unterschiedlicher Erkrankungen, bei denen die Struktur des Herzmuskelgewebes defekt ist. Oft kommt es zu einer Erweiterung oder zu einer Verdickung einer Herzkammer. Die Pumpkraft des Herzens ist dadurch eingeschränkt, die Betroffenen sind nicht mehr so leistungsfähig und haben typische Beschwerden einer Herzschwäche. An Kardiomyopathien erkranken Menschen jedes Alters, und häufig liegen genetische Ursachen vor.

Um diese Ursachen zu klären, setzt die Biologin auf Stammzellen: Für die Herstellung verwendet sie Blut- oder Hautzellen der Patient:innen. Dabei würden die Zellen in ein sehr frühes Stadium ihrer Entwicklung zurückversetzt. Solche Stammzellen würden im Labor zu Herzmuskel-, Blutgefäß-, und Bindegewebszellen, aber auch zu Neuronen umgewandelt, die genau dieselbe genetische Ausstattung und damit auch genau die gleichen Mutationen haben wie die Patient:innen. Die Zellen ließen sich dann zu kleinen Geweben vereinigen oder zu organähnlichen Strukturen, sogenannten Organoiden, die über Wochen intakt bleiben. An ihnen ließe sich studieren, welche Ursachen für eine Erkrankung des Herzgewebes verantwortlich sein können. Ihr Team untersucht dann an den Geweben und Organoiden auch, welche Medikamente im Einzelfall die besten Effekte bringen. Beispielsweise, dass sich kardiomyopathische Herzmuskelzellen durch Kalziumkanal-Hemmstoffe besser regulieren lassen als durch Betablocker, wie sie oft in der Klinik verwendet werden. Dann könnten behandelnde Ärzt:innen die Medikation um- und Patient:innen neu einstellen.

Foto: Dr. Rohde ©DSMZ

Damit sind sie selbst-regulierende Antiinfektiva, also Arzneimittel zur Behandlung von Infektionskrankheiten, die zudem spezifisch wirken. Auf ihren Nutzen für die Medizin fokussierte man sich in Deutschland erst, als die Antibiotikakrise immer höhere Wellen schlug. „Phagen sind die häufigste Daseinsform auf unserem Planeten“, erklärt Dr. Christine Rohde, „es sind Viren, die Bakterien spezifisch zerstören können.“

Seit 30 Jahren forscht die Ärztin am Leibniz-Institut DSMZ (Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen) an Bakteriophagen und integrierte die in der Grundlagenforschung bekanntesten in die Deutsche Phagenbank. Wendet man bei bakteriellen Infektionen Phagen anstelle von Antibiotika an, verschiebe man im Grunde in der Erkrankung das Gleichgewicht zugunsten der passenden Phagen, um den Überschuss der pathogenen Bakterien zu minimieren beziehungsweise zu eliminieren, so die Forscherin. „Bei allen auf das SARS-CoV-2-Virus fokussierten derzeitigen Anstrengungen, darf die Antibiotikakrise nicht aus den Augen verloren werden, denn an Covid-19 erkrankte Patienten erleiden oft eine bakterielle Sekundärinfektion“, macht Rohde deutlich. Dann sei umso dramatischer, wenn verabreichte Antibiotika nicht mehr wirken und sich Krankheitsverläufe unter solchen Ko-Infektionen verschlimmern oder gar zum Tod führen.

Die Antibiotikakrise ist längst eine globale Gesundheitskrise und wurde auch als ökonomische Krise thematisiert. Deshalb sollten gerade in der Pandemie Antibiotika nur limitiert eingesetzt werden, mahnen Ärzte weltweit.