Stressantwort in meiner Zelle: ADP-Ribosylierung des Chromatins: zelllären Stressreaktion

Medizin am Abend Berlin Fazit:  Exaktere Analyse der Zellreaktionen auf Stress

Stress in den Zellen des Körpers sind sowohl Ursache als auch Konsequenz von Entzündungskrankheiten oder Krebs. 

Die Zellen reagieren auf diesen Stress, um sich vor Schädigungen zu schützen. 

Forschende der Universität Zürich haben nun ein neues Verfahren entwickelt, mit der sich eine elementare Stressantwort viel detaillierter als bisher untersuchen lässt: 

die ADP-Ribosylierung des Chromatins. 

Langfristig soll diese Methode helfen, krankmachende Prozesse zu unterbinden. 

 
Zellen in Kultur reagieren auf Stress mit massiver ADP-Ribosylierung (rot) im Zellkern (blau).
Bild: Universität Zürich
 

• Sind Zellen Stress ausgesetzt, werden verschiedene Reparatur- und Entgiftungsprozesse in Gang gesetzt, damit sich die Zellen vor Schädigungen schützen können. 

• Stress wird durch Umweltfaktoren oder durch die körpereigene Reaktion auf Entzündungen verursacht, was zu Krebs oder Herzkrankheiten führen kann. 

Die Zellen reagieren, indem sie diverse Proteine chemisch modifizieren, so dass sich deren Aktivität und Funktion verändert. 

Zentral in dieser Stressantwort ist die ADP-Ribosylierung: 

• Enzyme fügen dabei an bestimmten Stellen eines Proteins kleine Moleküle an oder entfernen sie, womit das Protein aktiviert oder deaktiviert wird. 

• Dieser Schritt löst eine Kaskade von Prozessen aus, mit denen sich die Zelle dem Stress anpasst, um zu überleben.

• Besonderes Augenmerk gilt unter anderem dem Schutz der Chromosomen, den Trägern der Erbinformation. 

Diese bestehen einerseits aus der genetischen Information sowie andererseits aus diversen Proteinen, um die die fadenförmige DNA gewickelt ist, dem Chromatin. 

• Seit langem ist bekannt, dass einige der Chromatin-Proteine unter bestimmten Stressbedingungen ADP-ribosyliert werden, was der Zelle hilft, Stress-induzierte Schädigungen zu bewältigen. 

Doch wo genau die ADP-Ribosylierung am Chromatin stattfindet, war bislang unklar. Geeignete Verfahren, um diese Frage zu beantworten, fehlten.

Neue Methode erlaubt besseres Verständnis der zellulären Stressreaktion

Eine Gruppe von Wissenschaftlern des Instituts für Molekulare Mechanismen bei Krankheiten (ehemals Institut für Veterinärbiochemie und Molekularbiologie) der Universität Zürich hat nun eine neue Methode mit dem Namen «ADPr-ChAP» entwickelt, die den Nachweis der modifizierten Chromatin-Stellen erlaubt, die nach Zellstress entstehen. 

«Damit können wir genauer untersuchen, wo und wie die ADP-Ribosylierung die Struktur des Chromatins reguliert und diverse Prozesse wie die Vervielfältigung der DNA, deren Reparatur oder die Genaktivität steuert», erläutert Prof. Michael O. Hottiger, Leiter der Studie.

«Mit dieser Technik lässt sich viel detaillierter erforschen, welche Proteine ADP-ribosyliert werden – sowohl in Bezug auf das gesamte Genom wie auch an spezifischen Stellen. 

• Und dies ermöglicht es, besser zu verstehen, wie eine Zelle auf einen bestimmten Stress reagiert», fasst Hottiger zusammen. 

Damit steht der Wissenschaft nun ein zuverlässiges Instrument zur Verfügung, um jene molekularen Signalwege zu identifizieren, die bei zellulären Stressreaktionen eine zentrale Rolle spielen. Langfristiges Ziel der Forschenden ist es, neue Möglichkeiten zu finden, um gezielt die krankmachenden Prozesse im Körper, beispielsweise bei chronischen Entzündungen oder Krebserkrankungen, zu unterbinden.

Literatur:
Giody Bartolomei, Mario Leutert, Massimiliano Manzo, Tuncay Baubec, and Michael O. Hottiger. Analysis of Chromatin ADP-Ribosylation at the Genome-wide Level and at Specific Loci by ADPr-ChAP. Molecular Cell, January 28, 2016. doi:10.1016/j.molcel.2015.12.025

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Prof. Michael O. Hottiger
Institut für Molekulare Mechanismen bei Krankheiten
Universität Zürich
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Kurt Bodenmüller Universität Zürich

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Biologicals: Blut-Hirn-Schranke

Medizin am Abend Berlin Fazit:  Mit neuen Wirkstoff-Fähren ins Gehirn vordringen

Neue Ansätze zur Behandlung von Erkrankungen des zentralen Nervensystems wie zum Beispiel Alzheimer oder Gehirntumore erforschen Wissenschaftler des Instituts für Pharmazie und Molekulare Biotechnologie der Universität Heidelberg. Zusammen mit einem Forscherteam aus den USA entwickeln Prof. Dr. Gert Fricker auf dem Gebiet der Pharmazeutischen Technologie und die Neurobiologin Prof. Dr. Ulrike Müller sogenannte Trägersysteme, die die Blut-Hirn-Schranke überwinden und damit wie eine Fähre bestimmte Wirkstoffe in das Gehirn einschleusen können. Das dreijährige Vorhaben wird als Schlüsselprojekt von der Else Kröner-Fresenius-Stiftung mit rund 560.000 Euro unterstützt. Die Forschungsarbeiten beginnen im April 2016.

• Die Blut-Hirn-Schranke, die das zentrale Nervensystem vom Blutkreislauf abschottet, wird von den Gefäßwänden der Gehirnkapillaren gebildet und erlaubt nur wenigen Nährstoffen den freien Durchtritt. 
• Insbesondere für Makromoleküle wie Proteine, DNA oder RNA ist die Barriere praktisch völlig undurchlässig. 

Genau diese Moleküle, sogenannte Biologicals, sind aber für die Therapie von Erkrankungen wie Alzheimer oder zur Behandlung von aggressiven Hirntumoren, den Glioblastomen, von besonderem Interesse, wie Prof. Fricker erläutert.

Seine Arbeitsgruppe hat nun spezielle Polymer-Nanopartikel entwickelt, die an ihrer Oberfläche modifiziert sind und ganz gezielt an die Blut-Hirn-Schranke andocken, diese überwinden und sich anschließend im Gehirn auflösen.

Nach Angaben von Prof. Fricker können diese Partikel mit niedermolekularen Wirkstoffen, das heißt Stoffen mit geringer Molekülmasse, „hoch“ beladen werden. Sie befördern dann die ansonsten nicht gehirngängigen Stoffe in das zentrale Nervensystem, wo therapeutisch notwendige Konzentrationen erreicht werden.

Das zugrundeliegende Konzept wird nun auf Biologicals übertragen, die von Prof. Müller und ihrer Kollegin Prof. Dr. Olivia Merkel von der Wayne State University Detroit (USA) bereitgestellt werden.

Ulrike Müller ist Spezialistin für die Erforschung der Alzheimer-Erkrankung. Die Heidelberger Neurobiologin und ihre Arbeitsgruppe liefern das Peptid APPsα, das Nervenzellen schützt und als Gegenspieler des toxischen ß-Amlyoids gilt.

Die ß-Amlyoid-Ablagerungen werden als eine der Hauptursachen von Alzheimer angesehen. 

Olivia Merkel und ihr Forschungsteam stellen sogenannte small interfering RNA-Moleküle zur Verfügung.

Mit Hilfe dieser kurzen Moleküle aus Ribonukleinsäure soll die Expression bestimmter Gene in Gehirntumoren abgeschaltet werden.

Die gemeinnützige Else Kröner-Fresenius-Stiftung dient der Förderung medizinischer Wissenschaft. Als Schlüsselprojekte unterstützt die Stiftung Vorhaben, die das Potential aufweisen, grundlegende und für ein ganzes Forschungsfeld richtungweisende Entdeckungen zu ermöglichen.

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Prof. Dr. Gert Fricker und Prof. Dr. Ulrike Müller
Institut für Pharmazie und Molekulare Biotechnologie
Telefon (06221) 54-8336 (Fricker) und -6717 (Müller)
gert.fricker@uni-hd.de, u.mueller@urz.uni-hd.de
Marietta Fuhrmann-Koch Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg

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Flynn-Effekt: Die größe meines Gehirn + mein IQ

Medizin am Abend Berlin Fazit:  Wenn das Gehirn wächst, steigt der IQ

Michael A. Woodley of Menie, PhD, Scientist in Residence an der TU Chemnitz, belegt erstmals einen Zusammenhang zwischen dem Wachstum des Gehirns und dem langfristigen Anstieg der Intelligenz 
 
Die Größe des Gehirns ist bei Menschen in Deutschland und Großbritannien im vergangenen Jahrhundert gewachsen.

• Damit einher ging ein Anstieg des Intelligenzquotienten. 

Diesen Zusammenhang haben internationale Wissenschaftler unter Leitung von Michael A. Woodley of Menie, PhD, nun erstmals nachgewiesen.

Woodley of Menie ist Scientist in Residence an der Technischen Universität Chemnitz und Wissenschaftler des Center Leo Apostel for Interdisciplinary Research an der Vrije Universiteit Brussel. Beteiligt waren mit David Becker ein weiterer Forscher der TU Chemnitz sowie Wissenschaftler aus Kanada, Brasilien und Neuseeland. Ihre Ergebnisse haben sie im Januar 2016 in der Fachzeitschrift „Learning and Individual Differences“ veröffentlicht, die im Verlag Elsevier erscheint.

Die Psychologen stützen ihre Aussagen auf die Sekundär-Analyse von zwei Datensätzen, die mehrere Studien repräsentieren und Hinweise geben auf eine langfristige Steigerung der Gehirnmasse in Großbritannien und Deutschland.

In Großbritannien zeigen sich für einen Zeitraum von 80 Jahren folgende Zahlen: Bei Männern stieg die Masse des Gehirns um 52 Gramm, bei Frauen um 23 Gramm an.

In Deutschland lag der Anstieg innerhalb von 99 Jahren bei Männern bei 73,16 Gramm, bei Frauen bei 52,27 Gramm.

Hieraus haben die Forscher um Woodley of Menie nach einer Methode des US-amerikanischen Psychologen Arthur R. Jensen berechnet, wie hoch der Anstieg des IQ ist, der sich durch das Wachstum des Gehirns begründet: Bei den Männern in Großbritannien liegt der so ermittelte Anstieg bei 0,19 Punkte pro Jahrzehnt, bei den Frauen sind es 0,08 Punkte.  

In Deutschland zeigt sich ein Anstieg des IQ pro Jahrzehnt von 0,2 Punkten bei Männern und 0,15 bei Frauen.

Diese Zahlen haben die Wissenschaftler wiederum ins Verhältnis gesetzt zu den Prognosen des so genannten Flynn-Effekts.

„Einer der Co-Autoren unserer Veröffentlichung ist Prof. Dr. James Flynn, der als einer der ersten nachgewiesen hat, dass der Intelligenzquotient in unterschiedlichen Bevölkerungen mit der Zeit konstant ansteigt. 

Dieser IQ-Anstieg wird in Anerkennung seiner Entdeckung als Flynn-Effekt bezeichnet“, erklärt Woodley of Menie.

• Der Flynn-Effekt beschreibt, dass der Intelligenzquotient in westlichen Staaten seit Beginn des 20. Jahrhunderts stetig um durchschnittlich drei Punkte pro Jahrzehnt gestiegen ist. 

Die aktuelle Studie zeigt nun, dass ein Teil des Flynn-Effektes durch das Wachstum des Gehirns erklärt werden kann.

In Großbritannien, wo der Gesamtanstieg des IQ Untersuchungen zufolge von 1932 bis 2008 bei 1,1 Punkte pro Dekade lag, beziffert sich der Beitrag des Anstiegs der Gehirnmasse auf fast 13 Prozent.

• In Deutschland, wo für den Zeitraum von 1956 bis 2008 ein Gesamtanstieg um 6,1 IQ-Punkte nachgewiesen wurde, beträgt der Anteil rund drei Prozent.

Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Learning and Individual Differences“ veröffentlicht: Michael A. Woodley of Menie, Mateo A. Peñaherrera, Heitor B.F. Fernandes, David Becker & James R. Flynn (2016): It’s getting bigger all the time: Estimating the Flynn effect from secular brain mass increases in Britain and Germany. Learning and Individual Differences, 45, 95-100. DOI 10.1016/j.lindif.2015.11.004

Stichwort: Scientist in Residence

Das „Scientist in Residence“-Stipendium wurde zum 1. April 2015 an der TU Chemnitz eingerichtet und ermöglicht der Universität, weltweit renommierte Gastwissenschaftler einzuladen, um den wissenschaftlichen Austausch zu fördern und internationale Beziehungen zu pflegen. Der Fokus liegt dabei auf der Kernkompetenz „Mensch und Technik“ der TU Chemnitz. Michael A. Woodley of Menie, Wissenschaftler des Center Leo Apostel for Interdisciplinary Research (CLEA) an der Vrije Universiteit Brussel, forscht und arbeitet für zwei Jahre im Rahmen des Stipendiums an der Chemnitzer Universität. Der gebürtige Engländer beschäftigt sich interdisziplinär mit Aspekten der menschlichen Intelligenz und des Humankapitals und fokussiert dabei die Einflüsse auf den technologischen sowie wirtschaftlichen Fortschritt.



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Michael A. Woodley of Menie  PhD
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Katharina Thehos Technische Universität Chemnitz

Türkisch sprachige Krebspatienten: www.ucch.de

Medizin am Abend Berlin Fazit:  Neues interkulturelles Netzwerk unterstützt türkischsprachige Krebspatienten

Für Hamburger Krebspatienten mit türkischem Migrationshintergrund ist ab sofort eine Behandlung ohne Barrieren in einem neu geschaffenen ärztlichen Netzwerk möglich: 

Das Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf (UKE) startet zusammen mit klinischen und niedergelassenen Fachspezialisten der Onkologie, Chirurgie, Urologie und Strahlentherapie ein interkulturelles Netzwerk zur Krebstherapie. 

• Ziel ist eine umfassende medizinische Versorgung ohne sprachliche und kulturelle Distanzen. 

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„Gerade als onkologisches Spitzenzentrum in Norddeutschland ist uns eine medizinische Rundumversorgung unserer Patientinnen und Patienten auf Augenhöhe besonders wichtig. Hierfür ist eine Betreuung ohne sprachliche und kulturelle Barrieren unerlässlich – in der Prävention, bei der Behandlung vor Ort wie auch in der Nachsorge. Denn ein enger Austausch zwischen Patient und Arzt trägt wesentlich zur Gesundung der Patienten bei“, sagt Prof. Dr. Carsten Bokemeyer, Sprecher des Hubertus Wald Tumorzentrums – Universitäres Cancer Center Hamburg (UCCH) des UKE.

Laut Statistischem Landesamt haben ein Drittel der Hamburger einen Migrationshintergrund; die meisten von ihnen stammen aus der Türkei.

Zuerst wird deshalb auf Initiative der chirurgischen Abteilung des UKE mit einem türkischsprachigen Angebot gestartet. Die behandelnden Ärzte sind türkischsprachig und können bei Bedarf auf die Ressourcen im Netzwerk zurückgreifen. Eine Erweiterung des interkulturellen Angebots ist angedacht, es werden derzeit Netzwerke für weitere Sprachen geplant.

Der am Netzwerk beteiligte niedergelassene Onkologe Dr. Eray Gökkurt aus der Eppendorfer Praxis hope (Hämatologisch-Onkologische Praxis Eppendorf) hat selbst türkische Wurzeln und weiß um die teilweise schwierige Annäherung im Arzt-Patienten-Gespräch. „Ich erlebe häufig türkischsprachige Patienten in unserer Praxis, die froh sind, einen Behandler vor sich zu haben, der nicht nur ihre Sprache spricht, sondern sich auch mit den Besonderheiten ihrer Kultur auskennt und sich mit ihnen auseinandergesetzt hat. Dies erleichtert Vieles in der weiteren Versorgung.“

Wissenschaftlich begleitet wird das Projekt von Dr. Mike Mösko, Arbeitsgruppe Psychosoziale Migrationsforschung am Institut und Poliklinik für Medizinische Psychologie des UKE, dessen Forschung sich unter anderem auf die Interkulturelle Öffnung im Gesundheitswesen konzentriert.

„Wir gehen Fragen nach wie: In welchem Umfang nutzen Menschen mit Migrationshintergrund die Gesundheitsversorgung? Welche Barrieren erschweren und welche Ressourcen fördern die Behandlung? Was benötigen Krankenhäuser darüber hinaus, um den sprachlichen und kulturellen Bedürfnissen der Patienten gerecht zu werden?“

Die Ärzte des interkulturellen türkisch-deutschen Netzwerks für Krebstherapie sind online unter www.ucch.de abzurufen.

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Avin Hell
Hubertus Wald Tumorzentrum – Universitäres Cancer Center Hamburg (UCCH)
Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf (UKE)
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20246 Hamburg
Telefon: (040) 7410-57835
E-Mail: a.hell@uke.de
Saskia Lemm Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf

360°TOP-Hinweis: Nationalen VersorgungsLeitlinie (NVL) Chronische KHK

Medizin am Abend Berlin Fazit:   NVL Chronische KHK, 4. Auflage veröffentlicht

Ab sofort steht die 4. Auflage der Nationalen VersorgungsLeitlinie (NVL) Chronische KHK zum kostenlosen Download zur Verfügung. 
 
Die chronische koronare Herzkrankheit (KHK) gehört zu den wichtigsten Volkskrankheiten.

Ziel der NVL Chronische KHK ist es, zu beschreiben, wie eine bestmögliche, sektorenübergreifende Versorgung von Patienten mit chronischer KHK erfolgen sollte.

• Hierzu gehören verlässliche Definitionen des Notwendigen und Angemessenen in Prävention, Diagnostik und Therapie. Auf diesem Weg sollen die Qualität der Versorgung verbessert und die Stellung des Patienten gestärkt werden.

An der Erstellung der 4. Auflage der NVL Chronische KHK waren Vertreter von zehn Fachgesellschaften und Organisationen beteiligt.

• Zwischen Juli 2014 und Februar 2016 wurden die Kapitel Definition und Therapieziele, Epidemiologie, Schweregrade und Klassifikationen, sowie Diagnostik bei (Verdacht auf) chronische KHK komplett überarbeitet.

Das Programm für Nationale VersorgungsLeitlinien (NVL) steht unter der Trägerschaft von Bundesärztekammer, Kassenärztlicher Bundesvereinigung und der Arbeitsgemeinschaft der Wissenschaftlichen Medizinischen Fachgesellschaften.

Mit der Durchführung wurde das Ärztliche Zentrum für Qualität in der Medizin beauftragt.

Das NVL-Programm zielt auf die Entwicklung und Implementierung versorgungsbereichsübergreifender Leitlinien zu ausgesuchten Erkrankungen hoher Prävalenz unter Berücksichtigung der Methoden der evidenzbasierten Medizin.

Insbesondere sind Nationale VersorgungsLeitlinien inhaltliche Grundlage für die Ausgestaltung von Konzepten der strukturierten und integrierten Versorgung.


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Corinna Schaefer M.A. Ärztliches Zentrum für Qualität in der Medizin
TiergartenTower Straße des 17. Juni 106 - 108
10623 Berlin
Deutschland
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E-Mail-Adresse: mail@azq.de

Corinna Schaefer M.A.
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Fax: 030 / 4005 - 2555
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Martina Westermann
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E-Mail-Adresse: westermann@azq.de

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Weitere Informationen für international Medizin am Abend Berlin Beteiligte

http://www.leitlinien.de/nvl/khk - Übersichtsseite NVL Chronische KHK

http://www.leitlinien.de/mdb/downloads/nvl/khk/khk-4aufl-vers1-lang.pdf - Langfassung NVL Chronische KHK, 4. Auflage

http://www.leitlinien.de/mdb/downloads/nvl/khk/khk-4aufl-vers1-llr.pdf - Leitlinienreport NVL Chronische KHK, 4. Auflage

http://www.leitlinien.de/nvl - Programm für Nationale VersorgungsLeitlinien

Krankhaftes Herzwachstum: RNA „cardiac hypertrophy associated transcript“ (Chast) Hemmer

Medizin am Abend Berlin Fazit:  MHH-Forscher entdecken neue Therapie der Herzschwäche

Hemmstoffe bremsen Aktivität von Chast-RNA / Krankhaftes Herzwachstum geht im Tierversuch zurück 
 

• Ein Herzinfarkt oder anhaltend hoher Blutdruck können dazu führen, dass das Herz krankhaft wächst, schwach wird oder sogar versagt. 

Wissenschaftler der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH) haben nun eine Therapieoption gefunden, die diesen Prozess möglicherweise aufhalten oder sogar zurückbilden kann: 

Sie haben eine zuvor unbekannt Ribonukleinsäure (RNA) entdeckt, die in krankhaft gewachsenen Herzmuskelzellen besonders oft vorkommt, und deren Hemmung im Zell- und Mausmodell zum Rückgang des krankhaften Herzwachstums führte.

Die Ergebnisse um die RNA „cardiac hypertrophy associated transcript“ (Chast) veröffentlichte das renommierte Journal Science Translational Medicine. Erstautorin ist Janika Viereck aus dem MHH-Institut für Molekulare und Translationale Therapiestrategien, das Professor Dr. Dr. Thomas Thum leitet.



 Professor Dr. Dr. Thomas Thum und Janika Viereck "Foto:MHH/Kaiser"

Chast ist eine „lange nichtkodierende RNA“ (lncRNA).

• Diese dienen nicht der Umsetzung genetischer Informationen in Eiweißbausteine, sondern sie haben regulatorische Funktionen – die bisher jedoch größtenteils noch unbekannt sind. 

Von diesen neu entdeckten nicht-Protein kodierenden RNAs gibt es in unserem Körper bis zu 100.000, jedoch ist bisher erst eine Handvoll wissenschaftlich genauer untersucht worden.

„Wir konnten erstmals eine Therapieoption für eine Herz- Kreislauferkrankung aufzeigen, die über die Hemmung einer lncRNA funktioniert“, sagt Professor Thum.

Die Forscher analysierten – unter anderem in Zusammenarbeit mit Forschern des Exzellenzclusters REBIRTH der MHH – in Zellen von krankhaft gewachsenem Herzgewebe mit Hilfe sogenannter Gen-Chips die Aktivität von insgesamt 30.000 IncRNAs und fanden heraus, dass die krankhaften Umbauprozesse und Herzvergrößerungen mit einer gesteigerten Aktivität von Chast zusammenhingen. 

• Dann generierten sie neue Stoffe, mit denen sie in Zellkulturen und in Mausmodellen Chast hemmen konnten. 

Das führte zum Rückgang der krankhaften Umbauprozesse im Herzen und des Herzwachstums.

Im Mausmodell konnten sie zudem nachweisen, dass die hemmenden Stoffe keine schädigende Wirkung auf andere Organe hatten. Nun wollen sie künftig herausfinden, ob der Chast-Hemmer auch für Menschen geeignet ist, um neue medikamentöse Therapieoptionen für Herzschwäche zu entwickeln.




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Professor Dr. Dr. Thomas Thum
MHH-Institut für Molekulare und Translationale Therapiestrategien
Telefon (0511) 532-5272
thum.thomas@mh-hannover.de
Stefan Zorn Medizinische Hochschule Hannover

360° Spezial-Thema: Eisenzufuhr und Darmflora

Medizin am Abend Berlin Fazit.  Wie reagiert das Darm-Mikrobiom auf eine gesteigerte Eisenzufuhr?

Patienten mit chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen leiden sehr häufig unter Eisenmangel, dessen Therapie ist aber häufig mit Nebenwirkungen verbunden. 

Eine internationale und interdisziplinäre Wissenschaftlergruppe unter Federführung des ZIEL – Institute for Food & Health der TU München hat untersucht, wie sich das Mikrobiom – die Bakteriengemeinschaft im Darm – auf orale oder intravenöse Eisengaben verhält. 

Beides führt zu einem besseren Eisengehalt und verändert die Bakteriengemeinschaft im Darm – die Veränderungen variieren aber je nach Therapieform. 
 

• „Die Eisenzufuhr hatte sowohl oral als auch intravenös einen sehr deutlichen Einfluss auf das Mikrobiom des Darms“, sagt Professor Dirk Haller von der Technischen Universität München (TUM). Diese Beobachtung sei insofern bemerkenswert, weil die intravenöse Gabe den Eisengehalt im Darm wiederum nicht beeinflusste.

• Morbus Crohn und Colitis ulcerosa sind die beiden häufigsten Formen chronisch entzündlicher Darmerkrankungen und nicht heilbar. 

„Der Charakter dieser Krankheiten ist wesentlich komplexer als bei Infektionen. Wir wissen nicht, welche Bakterien in welcher Gemeinschaft beteiligt sind“, erklärt Professor Haller.  

Die Studie habe bestätigt, wie sensibel das Mikrobiom des Darms auf eine Eisenzufuhr reagiert – besonders bei Patienten Morbus Crohn.

Erste Humanstudie zur Darmflora unter Eisengabe

Das Ergebnis der Humanstudie des ZIEL wurde in der Februar-Ausgabe der Fachzeitschrift „Gut“ der Britischen Gesellschaft für Gastroenterologie veröffentlicht. An der dreimonatigen Studie unter Leitung von Professor Haller waren Wissenschaftler rund um Professor Philippe Schmitt-Kopplin vom Helmholtz Zentrum München und Professor Richard Fedorak von der kanadischen Universität Alberta (Kanada) beteiligt.

• Bisher war nur bei Versuchen mit Mäusen eine deutliche Veränderung der Darmflora durch eine Eisenersatz-Therapie nachgewiesen worden. Eine Humanstudie fehlte bisher.

Die 72 Probandinnen und Probanden der Studie waren an einem kanadischen Krankenhaus ausgewählt worden: 31 von ihnen sind Morbus Crohn-Patienten, 32 leiden an Colitis ulcerosa und 19 aus anderen Gründen an Anämie, der so genannten Blutarmut. Die eine Hälfte der Teilnehmer wurde oral mit Eisensulfat behandelt, die andere Hälfte erhielt Eisen intravenös.

• Vor und nach der Therapie wurden Stuhlproben genommen und die Bakteriengemeinschaften sowie Stoffwechselprodukte gemessen.

Die kurzzeitige Eisenbehandlung führte in dem kurzen Behandlungszeitraum zu keiner Verschlimmerung der Darmerkrankung.

"Trotzdem kann der Schluss gezogen werden, dass vor allem Morbus Crohn Patienten mit einer instabilen Darmflora von der intravenösen Eisensupplementierung profitieren", sagt Prof. Haller vom Lehrstuhl für Ernährung und Immunologie der TU München – "weil bei der intravenösen Gabe in der Regel auftretende Nebenwirkungen offenbar ausgeschlossen werden können."

Beispielhafte Kooperation zwischen ZIEL und Helmholtz Zentrum

Für den ZIEL-Geschäftsführer Haller ist die Studie ein beispielhaftes Kooperationsprojekt, um Erkenntnisse aus der Grundlagenforschung auf die humane Forschung zu übertragen: Im ZIEL waren im vergangenen Jahr die Vorraussetzungen geschaffen worden, um das Thema Mikrobiom und Gesundheit auf hohem Niveau bearbeiten zu können. Damit sollen Ressourcen gebündelt und internationale sowie interdisziplinäre Forschungsvorhaben intensiviert werden. „Bei dieser Studie haben wir mit unserer Kernexpertise auf dem Gebiet des Mikrobioms viele Ressourcen vereint“, sagt Haller – „und Möglichkeiten für die Forschung genutzt, die wir nun weiterführen werden.“

Publikation:
Thomas Lee, Thomas Clavel, Kirill Smirnov, Annemarie Schmidt, Ilias Lagkouvardos, Alesia Walker, Marianna Lucio, Bernhard Michalke, Philippe Schmitt-Kopplin, Richard Fedorak und Dirk Haller: Oral versus intravenous iron replacement therapy distinctly alters the gut microbiota and metabolome in patients with IBD, 4.2.2016. doi:10.1136/gutjnl-2015-309940

Prof. Dr. Dirk Haller
Technische Universität München
Lehrstuhl für Ernährung und Immunologie
ZIEL – Institute for Food & Health (Direktor)
Gregor-Mendel-Str. 2
85354 Freising
Tel.: +49-(0)8161-712026
dirk.haller@tum.de
Dr. Ulrich Marsch Technische Universität München

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360°Spezial-Thema: Eisenmangel - Screening: Der Marker Zink-Protoporphyrin

Medizin am Abend Berlin:  Eisenmangel: Neue nicht-invasive Screeningmethode

Neue Messmethode von Forschern des LMU-Klinikums ermöglicht systematisches Screening bei Eisenmangel ohne Blutentnahme. 
 
Forscher des Klinikums der Universität München haben eine Methode entwickelt, mit der es erstmals möglich ist, ohne Blutentnahme auf Eisenmangel zu screenen.

Dafür wird eine flexible Lichtleitfaser sanft auf die Unterlippe aufgesetzt. Blaues Licht regt Fluoreszenz eines in Spuren vorkommenden Moleküls in den roten Blutkörperchen in der Unterlippe an. Diese Fluoreszenz ist ein Maß für Eisenmangel.



Ärzte am LMU-Klinikum führen eine nicht-invasive Eisenmangelmessung durch.  Klinikum der Universität München


Risikogruppen für Eisenmangel
 
Eisenmangel ist eine weit verbreitete Mangelerscheinung, die zu Anämie führen kann. In Europa leiden über fünf Prozent der Bevölkerung – meist unerkannt – an Eisenmangel. Dabei können besonders bei Kleinkindern die Folgen gravierend sein: 

• Eisenmangel kann zu einer irreversibel verzögerten Gehirnentwicklung führen. 

Eine weitere Risikogruppe sind Schwangere. „Etwa die Hälfte aller Schwangeren, die bei uns im Perinatalzentrum Großhadern entbinden, ist von Eisenmangel betroffen. 

• Eisenmangel erhöht das Frühgeburtsrisiko messbar. 

• Außerdem sind Lebensqualität und Leistungsfähigkeit der Betroffenen erheblich einschränkt“, erläutert Prof. Dr. Uwe Hasbargen, Leiter des Perinatalzentrums am Klinikum der Universität München. 

In Entwicklungsländern ist das Problem noch ausgeprägter, da Mangelernährung und damit auch Eisenmangel wesentlich häufiger auftreten.  

• Kinder in Malariagebieten profitieren besonders von gezielter Eisengabe, eine ungezielte Eisengabe erhöht allerdings die Mortalität.

Neue Methode ermöglicht systematisches Screening
 
Bisher haben alle Methoden, die auf Eisenmangel screenen, eine Blutentnahme und eine Laboruntersuchung benötigt, was systematisches Eisenmangelscreening verhindert hat. Mitarbeitern des Laser-Forschungslabors im LIFE-Zentrum am Klinikum der Universität München ist es in Kooperation mit Forschern aus dem Institut für Laboratoriumsmedizin und dem Perinatalzentrum der gleichnamigen Einrichtung, sowie von der Columbia University (New York) nun erstmals gelungen, mittels einer fluoreszenzspektroskopischen Untersuchung an der Unterlippe einen Marker für Eisenmangel, Zink-Protoporphyrin, ohne Blutentnahme quantitativ nachzuweisen.

Die Methode und deren Evaluierung in einer klinischen Studie an Frauen nach der Geburt werden von den Wissenschaftlern im Fachmagazin Nature Communications beschrieben.

Der Marker Zink-Protoporphyrin
 
Der Marker Zink-Protoporphyrin in roten Blutkörperchen ist ein etablierter Marker für Eisenmangel. 

• „Bei der Bildung von roten Blutkörperchen wird bei Personen mit Eisenmangel während des Aufbaus des roten Blutfarbstoffs, dem Häm als Teil des Hämoglobins, häufiger ein Zinkion anstelle eines Eisenions eingebaut. 

• Dadurch entstehen Zink-Protoporphyrin-Moleküle und es erhöht sich das Verhältnis der Zink-Protoporphyrin- zu Häm-Moleküle in den roten Blutkörperchen, die unter Eisenmangelbedingungen gebildet wurden“, erklärt Prof. Dr. Michael Vogeser, Institut für Laboratoriumsmedizin. 

Zink-Protoporphyrin weist ein charakteristisches Fluoreszenzspektrum auf. Diese Fluoreszenz wird bei kommerziellen Geräten, sogenannten Hämatofluorometern, benutzt, um das Zink-Protoporphyrin aus einer Blutprobe zu bestimmen.

Die nicht-invasive Messmethode
 
Die Zink-Protoporphyrin-Fluoreszenz ist im Gewebe etwa 100-fach schwächer als der Fluoreszenzuntergrund von anderen Gewebebestandteilen.

Außerdem sind die Gewebezusammensetzung und andere Einflüsse wie zum Beispiel die Epitheldicke unbekannt.

Die Physiker in der Arbeitsgruppe um Dr. Herbert Stepp (Laser-Forschungslabor, LIFE-Zentrum) haben mehrere Techniken entwickelt, als Patentanträge eingereicht und in einem Prototyp umgesetzt, die die vielfältigen Probleme bei der nicht-invasiven Messung adressieren. So wird durch Anregung mit zwei Wellenlängen ein Großteil des Fluoreszenzuntergrundes eliminiert. Mit einem ausgefeilten Computeralgorithmus wird dann die Zink-Proto-porphyrin-Fluoreszenz bestimmt.

Für die Messung geeignete Stellen auf der Unterlippe werden durch das System über eine sorgfältig validierte Methode identifiziert und dem Untersucher live angezeigt. Danach wird die fluoreszenzspektroskopische Messung mit den zwei Anregungswellenlängen gestartet. Dr. Ilknur Teksan, Ärztin am Perinatalzentrum Großhadern, ist begeistert: „In unserer Studie dauerte die gesamte Messprozedur weniger als zwei Minuten, was mit der gesammelten Erfahrung nun sogar noch deutlich reduziert werden könnte.“

Ausblick
Die vorgestellte Methode zum Eisenmangelscreening hat das Potential, Eisenmangel auch dann zu erkennen, wenn keine Laboruntersuchung möglich ist. Zusätzlich steht das Messergebnis sofort zur Verfügung. 

Dies ist vor allem in Entwicklungsländern von Vorteil, in denen eine Blutentnahme und anschließende Laboruntersuchung oftmals nicht möglich sind. Aber auch in Europa würde ein nicht-invasives Eisenmangelmessgerät die Versorgung speziell von Kindern verbessern, bei denen eine Blutentnahme eine Hürde darstellt. 

Perspektivisch kann das Gerät auch zur besseren Überwachung von Risikogruppen wie Schwangeren oder Blutspendern dienen, sowie allgemein für Eisenmangelscreening. Denn: Wer lässt sich schon gerne stechen, wenn es auch ohne geht?

Die Geräteentwicklung und die klinische Studie wurden finanziert durch das Nestlé Research Center, Nestec Ltd., Vevey, Schweiz. Das Verfahren zur Zulassung als Medizinprodukt wird gefördert durch das Bundeswirtschaftsministerium über das Programm EXIST Forschungstransfer.

Publikation:
“Non-invasive detection of iron deficiency by fluorescence measurement of erythrocyte zinc protoporphyrin in the lip”

Autoren: Georg Hennig, Christian Homann, Ilknur Teksan, Uwe Hasbargen, Stephan Hasmüller, Lesca M. Holdt, Nadia Khaled, Ronald Sroka, Thomas Stauch, Herbert Stepp, Michael Vogeser & Gary M. Brittenham

DOI: 10.1038/NCOMMS10776
www.nature.com/naturecommunications



Dr. Herbert Stepp
Laser-Forschungslabor – LIFE Zentrum
Klinikum der Universität München (LMU)
Campus Großhadern
Tel: +49 (0)89/4400-74880 oder 74867
Mobil: +49 (0)15201786706
Fax: +49 (0)89 4400 74864
E-Mail: Herbert.Stepp@med.uni-muenchen.de
Web: www.laser-forschungslabor.de
Philipp Kressirer Klinikum der Universität München

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Nierenfehlbildung: Nierenanomalien - kongenitale Anomalien der Nieren und ableitenden Harnwege (CAKUT)

Medizin am Abend Berlin Fazit:  MHH-Forscher entschlüsseln Ursache von Nierenfehlbildungen weiter

Wissenschaftler entdecken Gen, das bei angeborenen Fehlbildungen der Nieren eine Rolle spielt / Publikation im Journal „Human Genetics“ / Gezieltere Patientenbetreuung 

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• Wenn sich Nieren, Nierenbecken oder Harnleiter beim Embryo nicht richtig entwickeln, werden die Kinder mit Fehlbildungen geboren. Häufige Folge ist Nierenversagen. Dann sind sie entweder von der Dialyse abhängig oder brauchen eine Nierentransplantation.  

Die genetische Ursache für die Entstehung dieser angeborenen Nierenanomalien, die auch „kongenitale Anomalien der Nieren und ableitenden Harnwege“ (CAKUT) genannt werden, ist bisher nur bei einem Bruchteil der Patienten bekannt. Wissenschaftler aus fünf Abteilungen der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH) konnten nun neue Erkenntnisse gewinnen und im Fachjournal „Human Genetics“ veröffentlichen.

Sie fanden heraus, dass Veränderungen des Gens TBC1D1 an der CAKUT-Entstehung beteiligt sind.

„Das Produkt des Gens spielt im Zuckerstoffwechsel eine Rolle und möglicherweise im ‚Ret-Signalweg‘, der die Nierenentwicklung beeinflusst“, erläutert Professorin Dr. Ruthild Weber. Die Teamleiterin im MHH-Institut für Humangenetik war bei dem Projekt und der Publikation federführend. Erstautoren sind Dr. Anne Kosfeld und Dr. Martin Kreuzer. „Die MHH bietet das ideale Umfeld zur Durchführung eines solchen Projekts, weil sie das größte Nierentransplantationszentrum für Kinder in Deutschland ist und auch weltweit in diesem Bereich eine Rolle spielt“, sagt Professor Dr. Dieter Haffner, Direktor der MHH-Klinik für Pädiatrische Nieren-, Leber- und Stoffwechselerkrankungen.

Erfolgreiche Koopaertionspartner: Professor Dr. Dieter Haffner, Professorin Dr. Ruthild Weber, Professor Dr. Andreas Kispert, Dr. Anne Kosfeld, Professor Dr. Michael Klintschar (von links). MHH/Karin Kaiser

Sein Team hat für dieses Projekt in den vergangenen drei Jahren Blutproben und klinische Daten von mehr als 100 Kindern mit CAKUT gesammelt, sodass die Humangenetiker die kodierenden Bereiche des Genoms (die Exome) mit der Methode des „Next Generation Sequencing“ untersuchen und die vielen Daten auswerten konnten.

„Ein Kandidatengen zu identifizieren ist erst der Anfang. Anschließend müssen das Gen und die gefundenen genetischen Veränderungen charakterisiert werden“, erläutert Professorin Weber. Dafür habe das Team von Professor Dr. Andreas Kispert vom Institut für Molekularbiologie, das seit Jahren die Entwicklung der Nieren- und Harnleiter im Mausmodell erforscht, entscheidende Beiträge geleistet. Privatdozent Dr. Jan Hinrich Bräsen vom Institut für Pathologie sowie Professor Dr. Michael Klintschar vom Institut für Rechtsmedizin steuerten wichtiges Untersuchungsmaterial und Expertise bei, auch Wissenschaftler aus Düsseldorf, Erlangen und Paris arbeiteten an diesem von der Else Kröner-Fresenius-Stiftung großzügig finanziell unterstützten Projekt mit.

Mit dem neuen Wissen haben wiederum die Kinderärzte CAKUT-Patienten und deren Angehörige nachuntersucht. Sie haben dabei besonders auf den Zuckerstoffwechsel geachtet, da das Gen TBC1D1 dort auch eine Rolle spielt.

„So konnten wir einen Bogen von der Grundlagenforschung zur Anwendung in der Krankenversorgung spannen“, sagt Professorin Weber. Langfristig erhoffen sich die Wissenschaftler, dass die nun gewonnenen Erkenntnisse der Verbesserung von Therapien bei neudiagnostizierten CAKUT-Patienten dienen.

• Das Ergebnis ist das erste erfolgreiche Projekt des vor einem Jahr gegründeten interdisziplinären „Zentrums für angeborene Nierenerkrankungen“ der MHH, in dem Patienten jeden Alters mit angeborenen und ererbten Nierenerkrankungen betreut werden. 

Es gehört zum „Zentrum für seltene Erkrankungen“ (ZSE) der MHH und hat sich unter anderem zum Ziel gesetzt, neue Erkenntnisse über die genetischen CAKUT-Ursachen zu gewinnen.

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Stefan Zorn Medizinische Hochschule Hannover

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Weitere Informationen für international Medizin am Abend Berlin Beteiligte

http://www.mh-hannover.de/30269.html – weitere Informationen zum Zentrum für angeborene Nierenerkrankungen der MHH

http://www.mh-hannover.de/zse.html – weitere Informationen zum Zentrum für seltene Erkrankungen (ZSE) der MHH

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360° TOP-Thema: Trisomischen Schwangerschaft. Vermehrten Auftreten von Trisomien und verminderter Fruchtbarkeit im Alter der Frau

Medizin am Abend Berlin Fazit:  Neuigkeiten aus der geheimen Welt der Eizelle

Wissenschaftler am IMBA (Institut für molekulare Biotechnologie) der österreichischen Akademie der Wissenschaften entdeckten, dass die Teilung von Eizellen bei Säugetieren vom Proteinkomplex Cohesin abhängt, welcher die Chromosomen schon vor der Geburt umschließt und danach nicht erneuert wird. 
 
Der Cohesin Komplex ist bemerkenswert langlebig, aber möglicherweise geht dieser mit den Jahren irreversibel von den Chromosomen verloren.

• Dies könnte zum altersbedingten Auftreten von fehlerhafter Chromosomenaufteilung und numerischen Chromosomenaberrationen (Aneuploidien) beitragen – wo wie im Falle einer Trisomie ein einzelnes Chromosom zusätzlich zum üblichen Chromosomensatz vorhanden ist. 

• Diese Erkenntnisse liefern eine mögliche Erklärung für die molekularen Ursachen von vermehrten Auftreten von Trisomien und verminderter Fruchtbarkeit im Alter der Frau („maternal age effect“).

• Das Alter der Mutter ist der wichtigste Risikofaktor für die Entstehung von Trisomien bei Kindern, wie etwa dem Down-Syndrom, bei welchem drei Kopien des Chromosoms 21 vorhanden sind. 

• Drei Kopien desselben Chromosoms können von einer fehlerhaften Chromosomenteilung in der Eizelle herrühren, welche zwei mütterliche Kopien bewahrt und eine dritte durch die Befruchtung mit dem väterlichen Spermium erhält. Die Ursachen für die Zunahme von trisomischen Schwangerschaften bei älteren Müttern sind jedoch nicht geklärt.

Eine Hypothese dafür legt ihren Fokus auf Cohesin. Dieser Proteinkomplex umschließt die bereits replizierten Chromosomen ringförmig, dies wird „Cohesion“ genannt, und hält sie zusammen bis zur Zellteilung. Ein verfrühter Verlust von Cohesin vor der eigentlichen Zellteilung kann zur fehlerhafter Chromosomenteilung und somit zur Aneuploidie führen.

• Vor einigen Jahren wurde beobachtet, dass das Cohesin in alternden Eizellen instabil wird. 

• Wissenschaftler nehmen an, dass dies der Grund für Erbkrankheiten wie das Down Syndrom ist. 

Eine spannende Studie dazu erscheint heute im Journal Current Biology.

Den Ausgangspunkt der Arbeit beschreibt Sabrina Burkhardt, Doktorandin in der Forschungsgruppe von Kikue Tachibana-Konwalski am IMBA und Erstauthorin der Studie, so:

„Frauen werden mit einer festgelegten Anzahl an Eizellen geboren. Anfangs sind alle in einem Stadium der Meiose verhaftet. Kommt eine Frau dann in die Pubertät beginnen die Eizellen während jedes Zyklus nacheinander bis zum Eisprung heranzureifen“.

So wie jede Zelle durchläuft die Eizelle somit einen Alterungsprozess im weiblichen Körper in welchem auch das Cohesin weniger wird.

„Mein Team und ich möchten herausfinden wie die Chromosomen in der Eizelle von der Geburt bis zur Ovulation durch den Cohesin Komplex zusammengehalten werden“, sagt Tachibana-Konwalski.

Die Studie basiert auf ihrer Arbeit als Post-doc an der Universität Oxford. Dort hat sie untersucht ob Cohesin während eines Zeitraums von 2-3 Wochen vor der Ovulation in Eizellen erneuert werden.

• Es konnte kein Hinweis auf eine Erneuerung gefunden werden und dies erbrachte den ersten Beweis, dass das Cohesin in Eizellen bemerkenswert langlebig ist (zumindest über einige Wochen). 

Das Ergebnis ist insofern beeindruckend, wenn man bedenkt, dass Proteine in den meisten Zellen des Körpers innerhalb weniger Stunden erneuert werden. 

In der vorliegenden Studie geben Sabrina Burkhardt und Kollegen weitere Einblicke in die geheime Welt der Eizelle.

„Die Untersuchungen die ich als Post-doc entwickelt habe dienen als Ausgangspunkt, um die Frage zu beantworten, ob Cohesin überhaupt in Eizellen erneuert wird, oder ob es ausschließlich vor der Geburt gebildet wird“, sagt Tachibana-Konwalski.

Zwei Hypothesen wurden getestet:

In erwachsenen Eizellen wird neues Cohesin gebildet oder Cohesin wird einmalig vor der Geburt gebildet ohne erneuert zu werden.

Das Team verwendete eine Kombination aus Maus Genetik, Zeitraffer-Mikroskopie und TEV-Technologie basierend auf einem Pflanzenvirus und entdeckte, dass Cohesin für mindestens vier Monate in erwachsenen Mäusen aufrechterhalten wird ohne Erneuerung.

“Unsere Ergebnisse zeigten, dass das Cohesin die Chromosomen für eine sehr lange Zeit zusammenhält. Wir sind daher begeistert von der Möglichkeit, dass Cohesin der langlebigste Protein-Komplex in einer metabolisch aktiven Zelle sein könnte, der bisher untersucht wurde“, freut sich Tachibana-Konwalski.

Der Protein Komplex umarmt die replizierten Chromosomen monatelang ohne Erneuerung in den Eizellen der Maus.

Wenn man dies auf den Menschen umlegt, bedeutet dies, dass Cohesin möglicherweise die Chromosomen in den Eizellen der Frauen für Jahrzehnten ohne Erneuerung zusammenhält.

Der altersbedingte Verlust von Cohesin von den Chromosomen ist daher wahrscheinlich irreversibel.

Der nächste Schritt ist die molekularen Ursachen für diesen Verlust herauszufinden.

Die Relevanz dieser Studie spiegelt die Statistik wider:

• Die Anzahl der Frauen, die nach dem 35. Lebensjahr ein Kind zur Welt bringen, steigt kontinuierlich an. In Österreich betrug das durchschnittliche Alter der Erstgebärenden im Jahre 1985 noch 24 Jahre und stieg im Jahre 2013 auf 29 Jahre an. 
• Heutzutage zeigt sich ein deutlicher Trend zur späten Mutterschaft und dem damit verbundenen Risiko einer trisomischen Schwangerschaft.

IMBA - Institut für Molekulare Biotechnologie
Das IMBA ist das größte Institut der Österreichischen Akademie der Wissenschaften. Seit 2003 tätig, beschäftigt das IMBA heute mehr als 200 Mitarbeiter aus rund 40 Nationen. Weit über Österreich hinaus hat das Institut einen exzellenten Ruf als Zentrum biomedizinischer Grundlagenforschung. Im Zentrum der Forschung stehen grundlegende Fragestellun¬gen aus den Bereichen Stammzellbiologie, Molekulare Krankheitsmodelle und Genetik, RNA-Biologie, sowie Chromatin-Dynamik und Zellbiologie.

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Die Österreichische Akademie der Wissenschaften (ÖAW) ist die führende Trägerin außeruniversitärer akademischer Forschung in Österreich. Die 28 Forschungseinrichtungen betreiben anwendungsoffene Grundlagenforschung in gesellschaftlich relevanten Gebieten der Natur-, Lebens- und Technikwissenschaften sowie der Geistes-, Sozial- und Kulturwissenschaften.

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