Presseinformation des KIT (Karlsruher Institut für Technologie) vom 02.02.2009 

Neues System gibt bereits nach zehn Sekunden Auskunft darüber, ob eine bewusstlose Person reanimiert werden muss – Der Sensor passt an jeden Schlüsselbund

In den Industrieländern sind Herz-Kreislauf-Erkrankungen die mit Abstand häufigste Todesursache. Allein in Deutschland erleiden jährlich etwa 100 000 Menschen einen plötzlichen Herzstillstand. Häufige Ursachen sind ein Herzinfarkt, schwere Verletzungen bei einem Unfall oder ein Stromschlag. Ersthelfer am Notfallort werden aber oftmals durch die diagnostische Unsicherheit vom aktiven Helfen abgehalten. Ein neuer „Erste-Hilfe-Sensor“ vermag es nun, Ersthelfer schnell vom Herz-Kreislauf-Zustand des Verletzten zu informieren.

Das von Wissenschaftlern des Instituts für Biomedizinische Technik des KIT entwickelte Gerät ist nicht größer als eine Walnuss und passt an jeden Schlüsselbund. Legt der Helfer den Sensor am Hals des Patienten an, analysiert das Gerät selbstständig Puls und Atmung, um daraus eine verlässliche Aussage abzuleiten, ob die Atmung und das Herz-Kreislauf-System gestört oder ausgesetzt sind und der Helfer eine Reanimation einleiten muss.

„Antrieb für die Entwicklung des Gerätes war die Tatsache, dass es in Notfallsituationen für das Überleben einer bewusstlosen Person entscheidend ist, dass Laien den lebensbedrohenden Zustand möglichst sofort erkennen und die Person rasch richtig versorgen“, betont Dr. Marc Jäger vom Institut für Biomedizinische Technik, der das Projekt koordiniert. „Neben meiner Tätigkeit als Wissenschaftler bin ich aktiver Feuerwehrmann und sah bei vielen Verkehrsunfällen, dass die Ersthelfer hier Unterstützung brauchen. Daher habe ich das Projekt vor drei Jahren initiiert.“ Mit jeder Minute ohne Herz-Lungen-Wiederbelebung sinkt die Überlebenswahrscheinlichkeit um zehn Prozent. Zehn Minuten nach einem Kreislaufstillstand gibt es üblicherweise kaum Überlebenschancen.

„Außer beim PKW-Führerschein gibt es keine Pflichtveranstaltung für Erste-Hilfe-Maßnahmen und das im Schnellverfahren erworbene Wissen geht häufig mit der Zeit verloren. Laut Statistik trauen sich bei einem Notfall mit Herz-Kreislauf-Stillstand zufällig anwesende Personen nur in 14 Prozent der Fälle zu reanimieren“, so Jäger. Von diesen Ersthelfern wiederum seien aber nur knapp die Hälfte in der Lage den Puls richtig zu tasten. Dies führe dazu, dass im Ernstfall nicht einmal jede zehnte Person mit Atem- und Herzkreislaufstillstand am Unfallort durch einen zufällig anwesenden Helfer korrekt reanimiert wird. Das neue Sensorsystem gibt dem Ersthelfer eine klare Entscheidungsgrundlage in den entscheidenden ersten Minuten und steigert damit die Überlebenschance des Patienten.

Technische Unterstützung für Ersthelfer

Bereits zehn Sekunden nach Aufkleben des Sensors am Hals des Patienten teilt das neue System dem Helfer mit, ob eine „Reanimation empfohlen“ oder „Reanimation nicht notwendig“ ist. Die technische Umsetzung erfolgt durch neuartige nichtlineare Methoden, welche es ermöglichen, Puls und Atmung am Hals punktuell und zeitgleich zu erfassen. So sorgt das Heben und Senken des Brustkorbs oder Bauchs beim Atmen ebenso wie das in den Adern pulsierende Blut zu periodischen mechanischen Veränderungen an der Körperoberfläche. Das Konzept der Signalerfassung beruht auf der Idee, diese kleinsten Änderungen in den obersten Körperschichten zu detektieren.

Gegenüber bisher auf dem Markt erhältlichen Systemen hat das neue Gerät entscheidende Vorteile. Der AED (automatischer externer Defibrillator) beispielsweise misst das elektrische Signal (EKG), kann aber damit nicht zwangsläufig bestimmen, ob tatsächlich Blut im Gehirn ankommt, und ist mit durchschnittlich 2 000 Euro deutlich teurer. Das Pulsoxymeter reagiert zum einen nur sehr träge auf einen Atemstillstand (mehrere Minuten), zum anderen sind die Messergebnisse bei der Minderdurchblutung der Extremitäten im Schockzustand nicht mehr zuverlässig.

Die Projektgruppe um Marc Jäger hat den „Erste-Hilfe-Sensor“ so konzipiert, dass er mobil und kostengünstig ist. „Der Preis wird im ein- bis zweistelligen Eurobereich liegen“, so der Wissenschaftler. „Wichtig war uns auch, dass er ständig einsatz- und griffbereit ist und beispielsweise im Verbandskasten einen Platz hat oder am Schlüsselbund hängen kann.“

Derzeit erkennt das System den Zustand der Person in knapp neun von zehn Fällen korrekt. Die Wissenschaftler am Institut für Biomedizinische Technik arbeiten mit Hochdruck daran, die Erkennungsrate noch deutlich zu steigern. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie fördert das Projekt im Rahmen des EXIST-Forschungstranfers. Dieses Förderprogramm unterstützt herausragende forschungsbasierte Gründungsvorhaben, die mit aufwändigen und risikoreichen Entwicklungsarbeiten verbunden sind.  

Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Im Karlsruher Institut für Technologie (KIT) schließen sich das Forschungszentrum Karlsruhe in der Helmholtz-Gemeinschaft und die Universität Karlsruhe zusammen. Damit wird eine Einrichtung international herausragender Forschung und Lehre in den Natur- und Ingenieurwissenschaften aufgebaut. Im KIT arbeiten insgesamt 8000 Beschäftigte mit einem jährlichen Budget von 700 Millionen Euro. Das KIT baut auf das Wissensdreieck Forschung – Lehre – Innovation.

Die Karlsruher Einrichtung ist ein führendes europäisches Energieforschungszentrum und spielt in den Nanowissenschaften eine weltweit sichtbare Rolle. KIT setzt neue Maßstäbe in der Lehre und Nachwuchsförderung und zieht Spitzenwissenschaftler aus aller Welt an. Zudem ist das KIT ein führender Innovationspartner für die Wirtschaft.

Externer Link: www.kit.edu

Pressemitteilung der TU München vom 30.01.2009

Proteinen bei der Arbeit zugesehen

Calmodulin ist der klangvolle Name eines der häufigsten Proteine in unseren Zellen. Es steuert die Aktivität vieler hundert anderer Eiweiße. Mit einer an der Technischen Universität München (TUM) entwickelten Methode ist es nun erstmals möglich, dem Protein bei seiner Arbeit zuzuschauen. Mit einem speziellen Kraft-Mikroskop können Forscher der TU München direkt die mechanischen Veränderungen eines einzelnen Calmodulin-Moleküls bei der Anlagerung an andere Eiweiße messen. Die für das Verständnis der Arbeit des Calmodulins wichtigen Forschungsergebnisse werden in der aktuellen Ausgabe des Magazins Science veröffentlicht (Science, 30. Januar 2009: Vol. 323. no. 5914, pp. 593-594).

Seit langem gilt das Eiweiß Calmodulin als eines der wichtigsten Signalmoleküle. Indem es sich anlagert oder wieder ablöst gibt es Start- und Stop-Signale für eine große Zahl von Proteinaktivitäten. Calmodulin kann bis zu vier Calcium-Ionen binden. Der Körper nutzt dies, um die Aktivität des Calmodulins zu kontrollieren. Je nach dem, wie viele Calcium-Ionen an das Calmodulin gebunden sind, nimmt es eine unterschiedliche räumliche Struktur ein. Und je nach seiner Struktur kann es sich an unterschiedliche Aminosäureketten von Proteinen anlagern.

Die Garchinger Forscher haben es nun geschafft, ein einzelnes Calmodulin-Molekül auf der einen Seite auf einer Platte zu fixieren und auf der anderen Seite an die Spitze eines Kraft-Mikroskops anzuhängen. Mit dieser Anordnung können Sie nun dem Molekül bei der Arbeit zuschauen. Geben die Wissenschaftler Calcium-Ionen in die Lösung, so dehnt sich das Calmodulin aus und bindet vier Calcium-Ionen. Es hat nun völlig andere mechanische Eigenschaften, die die Forscher mit ihrem Mikroskop gut verfolgen können. Auch die Bindung an Aminosäureketten testeten die Forscher bereits und konnten damit zeigen, wie das Calmodulin bestimmte Ketten erkennt und sich an diese anlagert.

„Das Besondere an unserer Technologie ist, dass wir direkt in wässriger Lösung arbeiten können,“ sagt Professor Matthias Rief, der die Arbeitsgruppe leitet. „Wir können genau unter den Bedingungen messen, unter denen das Protein auch in seiner natürlichen Umgebung arbeitet.“ Die Methode ist damit eine wertvolle Ergänzung der Röntgenstrukturanalyse, die zwar die genaue räumliche Struktur eines Proteins zeigt, aber dafür geordnete Kristalle braucht. Von dynamischen Vorgängen kann Röntgenstrukturanalyse allenfalls Momentaufnahmen liefern. „Wir können nun direkt beobachten, wie das Calmodulin sich die Aminosäurekette schnappt und sich umfaltet, um diese festzuhalten.“

Mit ihrem Kraft-Mikroskop können die Wissenschaftler um Matthias Rief direkt die Kräfte messen, die man benötigt, um das Calmodulin aus der jeweils stabilen Lage heraus umzufalten. Daraus können sie die Energien berechnen, die bei der Anlagerung von Calcium und Aminosäureketten an das Calmodulin auftreten. Und indem sie die mechanischen Eigenschaften über eine gewisse Zeit verfolgen, können sie auch feststellen, wie lange ein anderes Proteinfragment gebunden bleibt.

„Wir haben mit der Entwicklung dieser Methode ein Fenster aufgestoßen, durch das wir sehr viel über die grundsätzlichen Abläufe in der Zelle erfahren können,“ sagt Rief. „Es ist unglaublich faszinierend, direkt die dynamischen Abläufe ansehen zu können. Das Calmodulin wird nicht das einzige Molekül bleiben, das wir uns genauer ansehen.“

Originalbeitrag:
Jan Philipp Junker, Fabian Ziegler, Matthias Rief
Ligand-Dependent Equilibrium Fluctuations of Single Calmodulin Molecules
Science, 30 January 2009: Vol. 323. no. 5914, pp. 593-594 – DOI: 10.1126/science.1169555

Externer Link: www.tu-muenchen.de

Presseinformation der Ruhr-Universität Bochum vom 21.01.2009 

Mit optischen Verfahren in Echtzeit messen
Bochumer Ingenieure gewinnen Transferwettbewerb     

Es liegt was in der Luft – diese Tatsache ist unumstritten, seit es Feinstaubmessungen gibt. Was es aber genau ist, und wie hoch der Anteil schädlichen Rußes im Feinstaub ist, ist weitgehend unbekannt oder lässt sich nur in langwierigen Laboranalysen bestimmen. Bochumer Ingenieure haben unter der Leitung von Prof. Dr. Gustav Schweiger am Lehrstuhl für Laseranwendungstechnik ein optisches Verfahren zur Bestimmung des Rußanteils im Feinstaub entwickelt. Als einer der Sieger im Wettbewerb „Transfer.NRW:PreSeed“ werden die Forscher mit 180.000 Euro für zunächst zwei Jahre vom Land unterstützt, um auf dieser Basis ein Gerät zu entwickeln, das in Echtzeit nicht nur die Menge des Feinstaubs in der Luft, sondern vor allem auch den Rußanteil messen kann.

Die reine Menge sagt wenig aus
Feinstaub an sich muss nicht unbedingt schädlich sein. Gewöhnlicher Hausstaub, Silikate, Reifen- und Bremsbelagabrieb, Sand und Pollen machen einen erheblichen Anteil aus. Nur ein mehr oder weniger kleiner Teil des Feinstaubs besteht aus Rußpartikeln, die beim Einatmen als besonders gefährlich gelten. Will man also das Gefahrenpotential des Staubs messen, genügt es nicht, seine absolute Menge zu ermitteln, wie herkömmliche Messanlagen es können. Nasschemische Analysen des gesammelten Staubs können jedoch Tage in Anspruch nehmen – die Ergebnisse kommen zu spät, um noch angemessen darauf reagieren zu können.

Optische Messung bringt Ergebnisse in Echtzeit
Die optische Messanlage, die die Bochumer Forscher entwickeln, wird nahezu in Echtzeit Daten sowohl über die Menge des Staubs als auch über die Rußbelastung liefern. So lassen sich zum Beispiel tägliche Belastungsspitzen ermitteln und die Verkehrsführung anhand verlässlicher Daten kurzfristig anpassen. Am Ende der ersten Förderperiode soll ein Prototyp in Betrieb gehen. Eine Ausgründung ist geplant.

Externer Link: www.ruhr-uni-bochum.de

Pressemitteilung der TU Dresden vom 07.01.2009

Forscher des Sonderforschungsbereichs „Reaktive Polymere“ entwickeln ein hoch auflösendes tastbares Display.

Forscher der TU Dresden haben Plastik-Mikrochips entwickelt, welche aus Tausenden so genannter Mikroaktoren bestehen. Sie nutzen die ungewöhnlichen Eigenschaften der winzigen Kunststoffaktoren zum Realisieren einer „künstlichen Haut“ („Artificial Skin“) mit über 4.000 Aktorpixeln. Deren aktives Polymer ist ein temperaturempfindliches Hydrogel, das sein Volumen computergesteuert um 90 Prozent anschwellen oder schrumpfen lassen kann, wenn Licht aus dem darunter liegenden LCD-Feld darauf fällt und es so erwärmt. Dieser Vorgang findet quasi in Echtzeit statt und ist beliebig oft umkehrbar.

So kann diese künstliche Haut wie etwa bei Schnecken und Muscheln die Konsistenz und Struktur seiner Oberfläche so ändern, dass sie nicht nur visuelle, sondern auch tastbare Eindrücke darstellt. Die vermittelbaren Impressionen umfassen Konturen, Texturen und sogar die Oberflächen-Weichheit. Wird dieses taktile Display beispielsweise mit einem Computertomografen kombiniert, so kann ein virtueller Zugang zu real nicht erreichbaren Orten gewährt werden. So könnte ein Chirurg die Beschaffenheit eines Organs mit seinem Tastsinn untersuchen, ohne den Bauch des Patienten wirklich öffnen zu müssen.

Besonders großes Potenzial der hochintegrierten aktiven Plastik-Mikrochips sehen die Forscher zudem in Einmalchips, mit denen man sehr schnell, zuverlässig und preiswert medizinische Diagnosen durchführen kann, da diese ähnlich wie ein elektronischer Mikroprozessor in einem einzigen Schritt Tausende Vergleiche auf einmal durchführen können.

Der Artikel ist in der Zeitschrift „Advanced Materials“ als „Advance in Advance“-Artikel erschienen.

Externer Link: www.tu-dresden.de