Archiv der Kategorie: Hochschule

Hirntumore bei Kindern

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Presseinformation der LMU München vom 19.09.2011

Regulatorisches Protein neuer Ansatzpunkt für Therapie

Medulloblastome sind die häufigsten bösartigen Hirntumoren im Kindesalter. Der Krebs entsteht aus unreifen embryonalen Zellen und kann noch nicht kausal behandelt werden. Wissenschaftler um Privatdozent Ulrich Schüller vom Zentrum für Neuropathologie und Prionforschung der LMU konnten nun zeigen, dass das regulatorische Protein FoxM1 essentiell für das Wachstum der Tumorzellen ist. Dabei korreliert der FoxM1-Level signifikant mit der Überlebensdauer der Patienten. Deshalb eignet sich das Protein als prognostischer Marker, der in Zukunft Ärzten helfen könnte, die Aggressivität des Tumors einzuschätzen und eine optimale Therapiestrategie für den Patienten zu entwickeln. Und auch für neue Therapien könnte FoxM1 ein Ansatzpunkt sein: Schüller gelang es, FoxM1 mit dem Antibiotikum Siomycin A herunter zu regulieren und so das Wachstum der Tumorzellen zu hemmen. „Sollten sich diese Ergebnisse in weiteren Versuchen im Labor und am lebenden Organismus bestätigen, könnte Siomycin sich als wirksames Medikament entpuppen“, hofft Schüller. (Clinical Cancer Research, published OnlineFirst 14.September 2011)

Forschungen der letzten zehn Jahre haben gezeigt, dass Medulloblastome durch die Fehlregulation bestimmter Signalwege verursacht werden. Schüller untersuchte mit seiner Gruppe, ob der Transkriptionsfaktor FoxM1 für das Tumorwachstum eine Rolle spielt und ob er sich als therapeutischer Angriffspunkt für eine kausale Therapie eignet.

Transkriptionsfaktoren regulieren die Umsetzung der im Erbmolekül DNA enthaltenen Informationen in Proteine. Forkhead-Box-Proteine (Fox) sind Transkriptionsfaktoren, die vor allem das Zellwachstum – die sogenannte Proliferation, die Zellspezialisierung und die Lebensdauer von Zellen steuern. FoxM1 aktiviert die Proliferation, indem es die entsprechenden Gene an- und proliferationshemmende Gene abschaltet. Da unkontrollierte Proliferation ein Charakteristikum von Krebszellen ist, ist FoxM1 auch für die Krebsforschung sehr interessant. Für verschiedene Krebsarten – etwa Brustkrebs, Lungenkrebs oder Prostatakrebs – wurden bereits erhöhte FoxM1-Level im erkrankten Gewebe nachgewiesen und gezeigt, dass das Protein für das Tumorwachstum notwendig ist. Schüller konnte mit seinem Team nun nachweisen, dass dies auch für Medulloblastome gilt.

„Ein wichtiges Ergebnis ist auch, dass der FoxM1-Level in Medulloblastomen mit der Überlebensdauer der Patienten korreliert“, sagt Schüller. Da FoxM1 im Labor relativ einfach bestimmbar ist, eignet sich das Molekül daher möglicherweise als prognostischer Marker, der für Therapieentscheidungen eine Rolle spielen könnte: Moderne Behandlungskonzepte kombinieren die chirurgische Tumorentfernung mit Chemo- und Strahlentherapien, die aber schwere Nebenwirkungen haben. Allerdings gibt es sechs Untergruppen von Medulloblastomen, deren Aggressivität und klinische Prognose recht unterschiedlich ist. „Deshalb wäre ein guter prognostischer Marker um die Aggressivität des Tumors einzuschätzen sehr wünschenswert“, sagt Schüller – so könnte die Art der Behandlung besser an den Patienten angepasst werden und der Arzt muss nicht möglicherweise mit Kanonen auf Spatzen schießen.

Da FoxM1 für das Wachstum der Tumorzellen essentiell ist, ist das Protein auch ein hoch interessanter Ansatzpunkt für neue Therapien: Mithilfe des Antibiotikums Siomycin A, das gezielt die Produktion von FoxM1 bremst, gelang es Schüller tatsächlich, das Wachstum von Medulloblastomzellen zu hemmen. Damit werden die Ergebnisse anderer Wissenschaftler unterstützt, die die hemmende Wirkung von Siomycin A auf Brustkrebszellen berichteten. Besonders wichtig: Schüllers Untersuchungen zeigten, dass FoxM1 zwar für das Tumorwachstum essentiell ist, im Rahmen der normalen Entwicklung aber offensichtlich durch andere Faktoren kompensiert werden kann – seine Blockade durch Siomycin A also keine negativen Folgen für gesunde Zellen hat. Daher eröffnet Siomycin A möglicherweise zum ersten Mal die Chance, in die Mechanismen der Tumorentstehung einzugreifen und Medulloblastome kausal anzugreifen.

Die Arbeiten entstanden im Rahmen der von der Deutschen Krebshilfe geförderten Max-Eder-Nachwuchsgruppe „Pädiatrische Neuroonkologie“, die von Ulrich Schüller geleitet wird. (göd)

Publikation:
„Expression of FoxM1 is required for the proliferation of medulloblastoma cells and indicates worse survival of patients“;
M. Priller, J. Poschl, L. Abrao, A.O. von Bueren, Y.-J. Cho, S. Rutkowski, H.A. Kretzschmar, U. Schüller;
Clinical Cancer Research, Published OnlineFirst, 14.September 2011;
doi: 10.1158/1078-0432.CCR-11-1214

Externer Link: www.uni-muenchen.de

Grüne Chemie – Kontrollierte Polymerisation mittels Enzymen aus Meerrettich

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Medienmitteilung der Universität Basel vom 16.09.2011

Enzyme, die Katalysatoren der Natur, werden immer häufiger als umweltfreundliche Alternativen zu konventionellen Katalysatoren in chemischen Synthesen eingesetzt. Forschenden der Universität Basel ist es gelungen, die katalytische Aktivität eines aus Meerrettich isolierten Enzyms in einer Polymerisationsreaktion unter Atomtransfer nachzuweisen. Diese neuartige Enzymaktivität könnte zur Herstellung sicherer und günstiger Polymere führen, die keine giftigen oder anderweitig schädlichen Katalysatorrückstände enthalten und als Verpackungsmaterialien für Lebensmittel oder als Materialien in der Medizintechnik eingesetzt werden. Ihre Forschungsergebnisse sind in der online Ausgabe der Fachzeitschrift «Macromolecular Rapid Communications» veröffentlicht.

In Polymerisationsreaktionen werden gleichartige Bausteine (die Monomere) zu grossen Verbindungen, den sogenannten Polymeren, zusammengesetzt. Polymere begegnen uns im Alltag als Kunststoffe in fast allen Bereichen des modernen Lebens, zum Beispiel als Verpackungen, in der Medizintechnik oder als elektronische und optische High-Tech-Materialien. Der Einsatz von Enzymen in derartigen Reaktionen ist bisher auf ein paar wenige konventionelle Polymerisationen beschränkt. In der kontrollierten Radikalpolymerisation unter Atomtransfer (ATRP, atom transfer radical polymerisation) – einer Reaktion mit beträchtlichem kommerziellen Potential, die die Synthese wohldefinierter Polymere mit komplexer Architektur erlaubt – wurden bislang nur Übergangsmetallkatalysatoren eingesetzt, die oft giftig und nicht umweltfreundlich sind.

Nico Bruns und Mitarbeitende vom Departement Chemie der Universität Basel berichten nun über die Aktivität einer Peroxidase, einem Enzym aus den Wurzeln der Meerrettichpflanze, die eine Polymerisation unter den spezifischen Bedingungen einer ATRP katalysiert. Bemerkenswert ist, dass das verwendete Monomer nicht zur Substanzklasse der sogenannten Peroxide gehört, welche normalerweise von Peroxidasen umgesetzt werden.

Diese neuartige Enzymaktivität wird von den Autoren als «ATRPase-Aktivität» bezeichnet und könnte zur Herstellung sicherer und günstiger Polymere führen, die keine giftigen oder anderweitig schädlichen Katalysatorrückstände enthalten und als Verpackungsmaterialien für Lebensmittel oder als Materialien in der Medizintechnik eingesetzt werden könnten. Das hier beschriebene Enzym und andere ATRPasen könnten so zu «grünen Alternativen» konventioneller ATRP-Katalysatoren werden.

Enzyme sind die Katalysatoren der Natur. Ohne sie wäre Leben nicht möglich, da sie chemische Reaktionen unter milden Bedingungen sowohl inner- als auch ausserhalb von Zellen ermöglichen. Enzyme sind aber auch nützliche Werkzeuge des Synthesechemikers als umweltfreundliche, ungiftige und oft hochgradig selektive Alternativen zu konventionellen Katalysatoren.

Originalpublikation:
Severin J. Sigg, Farzad Seidi, Kasper Renggli, Tilana B. Silva, Gergely Kali und Nico Bruns
Horseradish Peroxidase as a Catalyst for Atom Transfer Radical Polymerization
Macromolecular Rapid Communications, 12. August 2011
Macromol. Rapid Commun. 2011, 32; DOI: 10.1002/marc.201100349

Externer Link: www.unibas.ch

Software für unfallfreie Straßen

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Pressemitteilung der Universität Passau vom 15.09.2011

Das Institut FORWISS der Universität Passau forscht mit Autoherstellern und Zulieferern in einem EU-geförderten Projekt an der nächsten Generation von Sicherheitssystemen für intelligente Fahrzeuge. Demonstrationsfahrzeuge testen erste Softwaremodule des Projekts interactIVe im Herbst.

„Wir wollen einen für alle Teilnehmer sichereren Verkehr – das heißt weniger verletzte Fußgänger und Radfahrer, weniger Auffahrunfälle und Vorrichtungen gegen Sekundenschlaf.“ An diesem Ziel arbeitet Dr. Erich Fuchs, Geschäftsführer des Instituts FORWISS der Universität Passau, gemeinsam mit Autoherstellern wie Daimler, BMW, Ford und Volvo, Zulieferern wie Continental und weiteren Forschungseinrichtungen im von der EU geförderten Projekt interactIVe. Die Beteiligten wollen unter der Projektleitung von Ford Europa Sicherheitstechnik vereinfachen, vereinheitlichen und breiter einsetzbar machen. Wenn die 29 Projektpartner ihre Arbeit an interactIVe 2013 abschließen, wollen sie die Voraussetzung geschaffen haben, dass Systeme wie Spurwechsel- und Bremsassistenten oder Abstandsregler nicht nur in Luxusautos verbaut werden, sondern ihren Weg auch in den Kleinwagen der Studentin, in den Kombi der jungen Familie und den Mittelklasse-Firmenwagen finden. So wie der typische Disco-Unfall – mit überhöhter Geschwindigkeit aus der Kurve fliegen – durch die flächendeckende Verbreitung von ESP deutlich abgenommen hat, soll der Fahrer in Zukunft durch weitere elektronische Assistenten unterstützt und dadurch die Sicherheit im Straßenverkehr verbessert werden. FORWISS erhält in diesem Projekt für die Softwareentwicklung eine Fördersumme von ca. EUR 500.000 aus dem 7. Rahmenprogramm der EU.

Das Projekt will die einzelnen Funktionen miteinander vernetzen. „Bisher funktioniert jede einzelne Anwendung abgeschlossen für sich. Ein Sensor beobachtet allein für einen bestimmten Zweck die Umgebung, ein extra Chip verarbeitet getrennt von anderen Funktionen dessen Daten. Wir wollen, dass z.B. die Kamera des Spurwechselassistenten, der GPS-Empfänger des Routenplaners und das Radar der Abstandsregulierung ihre Daten auf einer gemeinsamen Plattform fusionieren, die dann die Ergebnisse allen Anwendungen zur Verfügung stellt“, erklärt Eva Lang, Mitarbeiterin im Projekt. Durch die Kombination von Informationen aus verschiedenen Sensoren bietet die Elektronik dem Fahrer ein genaueres und zuverlässigeres Bild der Umgebung, ihrer Risiken und kann bessere Handlungsempfehlungen geben. Das Fahrzeug erkennt noch sicherer und robuster, wenn der Fahrer die reguläre Spur verlässt oder wenn Hindernisse auftauchen, und verhindert Crashs durch aktive Bremsunterstützung.

Durch eine gemeinsame Plattform müsste auch nicht jede Anwendung über eigene Sensoren verfügen, die Zahl der Bauteile könnte sinken. „Allein in einem 7er BMW arbeiten momentan je nach Ausstattung bis zu 70 Prozessoren“, erläutert Sebastian Pangerl, ebenfalls Mitarbeiter im Projekt. Verlagert man die Komplexität der Sicherheitstechnik von der Hard- auf die Software, könnte man eventuell einige sparen. Die von FORWISS programmierten Schnittstellen sollen es im Rahmen von interactIVe auch ermöglichen, dass die zentrale Plattform mit den gängigen Sensoren unterschiedlicher Hersteller kompatibel ist. Auch das macht den Einsatz von Sicherheitstechnik günstiger und für kleinere Automodelle attraktiver. Die erste Version der von FORWISS entwickelten Software wird noch in diesem Jahr in Demonstrationsfahrzeugen aufgespielt und getestet. Die Chancen für eine Marktreife dieses neuen Sicherheitskonzeptes schätzen Fuchs, Lang und Pangerl aus Erfahrung hoch ein. FORWISS war von 2004 bis 2008 bereits an einem Vorgängerprojekt zur Kollisionsvermeidung bzw. -abschwächung beteiligt. Solche Systeme wie z.B. ein Bremsassistent sind heute im aktuellen 5er BMW, im Ford Focus und in Modellen von Volvo verfügbar. (Steffen Becker)

Externer Link: www.uni-passau.de

Fernsehen ohne schwarze Balken

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Presseaussendung der JKU Linz vom 09.09.2011

Informatiker der Johannes Kepler Universität (JKU) Linz haben ein Verfahren entwickelt, um Videoinhalte so an ein Bildschirmformat anzupassen, dass keine Seitenverhältnisse mehr verändert oder Bildinhalte abgeschnitten werden. Fernsehbilder mit schwarzen Balken, Verzerrungen oder fehlenden Elementen gehören damit der Vergangenheit an. Das Projekt wurde während der weltgrößten wissenschaftlichen Konferenz für Computergrafik (der ACM Siggraph) bereits ausgezeichnet.

Der Fernsehzuseher kennt es zur Genüge: Man besitzt ein modernes TV-Gerät, das darauf ausgelegt ist, Filme in bester Bildqualität (HD) und im 16:9 Format zu genießen. Werden diese aber im alten 4:3 Format ausgestrahlt, sind schwarze Balken im Bild zu sehen, die einfach ungenutzt bleiben – entweder oben und unten, oder links und rechts. Heutige Fernsehgeräte nutzen daher Möglichkeiten, den Inhalt an das Bildschirmformat anzupassen. Entweder wird der Videoinhalt in eine oder beide Richtungen skaliert, um damit den gesamten Bildinhalt zu füllen – das so genannte „Stretching“, oder er wird in beide Richtungen gleich skaliert, sodass das originale Seitenverhältnis erhalten bleibt und der Bildschirminhalt gefüllt wird – das „Zooming“. Beide Varianten haben Nachteile: Beim Stretching bleibt das originale Seitenverhältnis des Videoinhaltes nicht erhalten, Proportionen (insbesondere Gesichter oder Personen) werden unnatürlich verzerrt. Das Zooming dagegen führt dazu, dass Inhalte in einer Richtung abgeschnitten und gar nicht mehr auf dem Bildschirm angezeigt werden.

Display Pixel Caching: Bildkorrektur ohne Verzerrungen oder Abschneiden

Wissenschafter vom Institut für Computergrafik der JKU unter der Leitung von Prof. Oliver Bimber haben nun eine weitere Variante der Bildkorrektur, das sogenannte Display Pixel Caching (DPC), entwickelt. Damit gehören schwarze Balken, Verzerrungen oder abgeschnittene Bilder endgültig der Vergangenheit an.

DPC belässt zunächst den Originalvideoinhalt unangetastet, er wird also weder „gestretcht“ noch „gezoomt“, und das Videobild erscheint unverändert im Original. Das System analysiert in Echtzeit (selbst für große Videoauflösungen wie Full-HD) die Bewegungen innerhalb des Videos, die durch Kameraschwenks oder Objektbewegungen entstehen. Diese Bewegungen werden aufgeteilt und Bild für Bild zu einem immer größer werdenden Panoramabild zusammen gesetzt. Diese Panoramabilder füllen dann schrittweise die normalerweise leer bleibenden Randbereiche auf dem Bildschirm. Dabei werden keine Seitenverhältnisse verändert (es kommt also nicht zu unnatürlichen Verzerrungen wie bei Stretching) oder Bildinhalte abgeschnitten (wie bei Zooming). Im Gegenteil: die Panorama-Bilder zeigen mehr Inhalt als ein einzelnes originales Videobild. Dieser zusätzliche Inhalt entsteht durch die Ansammlung der Inhalte von vorherigen Videobildern.

Im Rahmen einer initialen Benutzerstudie hat sich gezeigt, dass Probanden das DPC in den meisten Fällen als Verbesserung bewerten und gegenüber den existierenden Verfahren zur Bildkorrektur bevorzugen.

Ausgezeichnetes Forschungsprojekt

DCP hat bei einem internationalen Wissenschaftswettbewerb bereits für Furore gesorgt und so der JKU-Informatik einen großen Erfolg beschert: Clemens Birklbauer belegte mit seiner am Institut für Computergrafik verfassten Masterarbeit, in der er sich mit dem Projekt beschäftigt hat, bei der von der ACM („Association for Computing Machinery“ – die weltgrößte wissenschaftliche Vereinigung für Computing und Informatik) veranstalteten Student Research Competition den sensationellen 2. Platz der Special Interest Group on Computer Graphics and Interactive Techniques (ACM Siggraph). Verliehen wurde die Auszeichnung auf der gleichnamigen Konferenz, die Anfang August in Vancouver, Kanada, stattgefunden hat. Geschlagen wurde das JKU-Team nur von der renommierten University of Cambridge, den dritten Platz belegte die University of Tokyo. (Manfred Rathmoser)

Externer Link: www.jku.at

Kürzestes je von Menschen aktiv beherrschtes Zeitintervall realisiert

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Pressemitteilung der Universität Kassel vom 05.09.2011

Einen Vorstoß in völlig neue Zeitbereiche und ein neuer Rekord bezüglich des kürzesten jemals von Menschen aktiv beherrschten Zeitintervalls gelang jetzt Kasseler Physikern:

Sie realisieren optische Messungen mit einer zeitlichen Präzision von 300 Zeptosekunden.

Damit haben die Kasseler Forscher im Fachgebiet Experimentalphysik III – Femtosekunden-Spektroskopie unter Leitung von Prof. Dr. Baumert den bisherigen Rekord von 12 atto Sekunden um den Faktor 40 unterboten.

Der Vorstoß in den Mikro- und Nanokosmos ist nicht nur ein Vordringen zu immer kleineren Strukturen, er ist auch mit dem Vordringen zu immer kürzeren Zeitskalen verknüpft. Ein geeignetes Mittel zur Erforschung von zeitlichen Abläufen auf Molekül- und Atom-Ebene sind ultrakurze Laserpulse. Diese Lichtblitze mit einer Dauer im Bereich von wenigen Billiardstel-Sekunden ermöglichen z. B. das Filmen und die gezielte Manipulation chemischer Reaktionen sowie die Herstellung maßgeschneiderter Moleküle.

Forscher der Universität Kassel arbeiten erfolgreich auf dem Gebiet, solche Laserblitze speziell für ein bestimmtes Experiment zu designen, d.h. die Form und Eigenschaften der Lichtpulse an die jeweiligen experimentellen Anforderungen gezielt anzupassen. Kürzlich ist es den Physikern Jens Köhler, Matthias Wollenhaupt, Tim Bayer, Cristian Sarpe und Thomas Baumert gelungen, eine zeitliche Präzision bei der Erzeugung solch maßgeschneiderter Laserpulse von 300 Zeptosekunden, das sind 0,000 000 000 000 000 000 3 Sekunden, zu realisieren. Dies stellt einen Vorstoß in völlig neue Zeitbereiche dar und bedeutet einen neuen Rekord bzgl. des kürzesten jemals von Menschen aktiv beherrschten Zeitintervalls. Ein Gefühl für die Kürze dieses Zeitintervalls bekommt man, wenn man sich vor Augen führt, welche Strecke das Licht innerhalb dieser Zeit zurücklegt. In 300 Zeptosekunden durchläuft das Licht eine Strecke, die ungefähr dem Durchmesser eines Wasserstoff-Atoms entspricht, wohingegen es in einer Sekunde in etwa die Strecke von der Erde zum Mond zurücklegt.

Die Kasseler Wissenschaftler haben diese intensiven, maßgeschneiderten Laserpulse aber nicht nur höchstpräzise erzeugt, sondern auch bereits erfolgreich in einem Experiment eingesetzt. Energiezustände in einem aus Laserlicht und Atomen gebildeten System konnten aktiv manipuliert und ein Hin- und Herschalten zwischen diesen Zuständen mit einer zeitlichen Genauigkeit von weniger als 10 Trillionstel-Sekunden demonstriert werden.

Mittels der in den durchgeführten Experimenten realisierten Präzision könnte in Zukunft ein Zugang zur Beobachtung und Kontrolle von noch schnelleren als den hier beschriebenen Prozessen auf atomarer Ebene gegeben sein. Die Arbeit der Kasseler Physiker ist kürzlich unter dem Titel „Zeptosecond Precision Pulse Shaping“ in der renommierten Fachzeitschrift Optics Express, 19(12), 11638-11653 (2011) erschienen.

Externer Link: www.uni-kassel.de