Keramische Hüftimplantate

Studie untersucht Verschleiß von keramischen Hüftimplantaten und liefert neue Ansätze für verbesserte Patientenversorgung.

Keramische Hüftimplantate gelten als besonders haltbar und gut verträglich. Doch auch sie können mit der Zeit Veränderungen zeigen, die bei Folgeeingriffen eine Rolle spielen. Ein Forschungsteam der Orthopädischen Universitätsklinik Magdeburg hat deshalb untersucht, wie sich keramische Hüftköpfe über längere Zeit im Körper verhalten – mit Ergebnissen, die Ärztinnen und Ärzten künftig helfen könnten, Operationen besser zu planen und in manchen Fällen sogar ganz zu vermeiden.

Unter der Leitung von Dr.-Ing. Joachim Döring, Leiter Biomechanik im Forschungsbereich Experimentelle Orthopädie der Orthopädischen Universitätsklinik Magdeburg, und Adrian Buchholz, Wissenschaftlicher Mitarbeiter, wurden insgesamt 43 keramische Hüftexplantate aus dem Material Biolox®delta untersucht. Die Proben stammten aus der Orthopädischen Universitätsklinik Magdeburg sowie der Universitätsklinik in Posen (Polen). „Unsere Forschung zeigt, dass sich mit einer gezielten Schadensanalyse wertvolle Hinweise gewinnen lassen, die Chirurginnen und Chirurgen bei Folgeoperationen unterstützen können“, erklärt Dr. Döring.

Konkret konnte das Team feststellen, dass keramische Hüftköpfe insgesamt nur minimal verschleißen, selbst nach vielen Jahren im Einsatz. Die häufigsten Veränderungen waren winzige Metallablagerungen auf der Oberfläche, die zwar sichtbare Spuren hinterlassen, die Stabilität des Materials aber nicht wesentlich beeinträchtigen. Nur in wenigen Fällen kam es zu ernsthaften Schäden wie einem Bruch. Für die Untersuchung nutzte das Team sowohl makroskopische Analysen (Damage Scoring) als auch hochauflösende Verfahren wie Raman-Spektroskopie, Röntgendiffraktometrie, Konfokalmikroskopie und Rasterelektronenmikroskopie.

„Mit unserer Methodik lässt sich besser einschätzen, ob ein keramischer Hüftkopf tatsächlich ersetzt werden muss oder im Körper verbleiben kann“, so Buchholz. Somit haben die Erkenntnisse unmittelbare praktische Relevanz für die Patientenversorgung. Das spart Kosten im Gesundheitssystem und steigert zugleich die Lebensqualität der Betroffenen. Die Implantation einer Hüftprothese ist einer der häufigsten chirurgischen Eingriffe in Deutschland, mit etwa 200.000 Operationen pro Jahr.

„Die nächste Aufgabe besteht nun darin, unsere Erkenntnisse so aufzubereiten, dass sie direkt in den klinischen Alltag einfließen können“, so Döring. „Dazu wollen wir Ärztinnen und Ärzte gezielt für diese Methodik sensibilisieren.“

Für ihre Studie wurde das Team mit dem Heinz-Mittelmeier-Forschungspreis der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie e.V. (DGOOC) ausgezeichnet. Unterstützt wurde das Projekt durch die Geräteförderung der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG).

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Dr.-Ing. Joachim Döring, Leiter Biomechanik, Experimentelle Orthopädie, Orthopädische Universitätsklinik Magdeburg, Tel.: +49 391 67 21764, E-Mail: joachim.doering@med.ovgu.de

Originalpublikation:
Joachim Döring, Adrian Buchholz, Maria Herbster, Jennifer Gehring, Ulf Betke, Paweł Chodór, Jan Zabrzyński, Jessica Bertrand, Christoph H Lohmann, Łukasz Łapaj. Damage analysis of retrieved Biolox®delta components used in hard and soft bearings, Acta Biomaterialia, DOI: 10.1016/j.actbio.2022.12.055

Thoraxchirurgie am Universitätsklinikum Carl Gustav Carus Dresden

Dr. Alexander Kern übernimmt Verantwortung für ein zukunftsweisendes Fachgebiet. Zukunftsfelder sind der Ausbau der roboterassistierten Thoraxchirurgie, die personalisierte Tumortherapie sowie die Zentrenbildung zur Versorgung sachsenweit.

Im Oktober wechselt mit Dr. Alexander Kern ein ausgewiesener Experte auf seinem Gebiet in die Thoraxchirurgie am Universitätsklinikum Carl Gustav Carus Dresden. Der Fachbereich gehört zur Klinik für Viszeral-, Thorax- und Gefäßchirurgie. Der erfahrene Facharzt kommt vom Carl-Thiem-Klinikum Cottbus nach Dresden, zuvor war er 14 Jahre am Lungenzentrum Coswig tätig. „Wir freuen uns sehr, Dr. Alexander Kern neu im Team begrüßen zu dürfen. Er bringt umfassende Expertise in der operativen Behandlung von Erkrankungen des Brustkorbs mit und wird unser Leistungsspektrum bereichern“, sagt Prof. Uwe Platzbecker, Medizinischer Vorstand am Universitätsklinikum Dresden. „Die Thoraxchirurgie ist ein hochspezialisiertes Fachgebiet, das sich in den letzten Jahren enorm weiterentwickelt hat – sowohl technisch als auch in der interdisziplinären Zusammenarbeit“, sagt Dr. Alexander Kern. „Ich freue mich darauf, gemeinsam mit dem Dresdner Team innovative Verfahren wie die minimal-invasive Thoraxchirurgie weiter auszubauen und die Versorgung unserer Patientinnen und Patienten auf höchstem Niveau zu gestalten.“

Die Thoraxchirurgie am Universitätsklinikum Dresden zählt zu den drei zentralen Säulen der Klinik für Viszeral-, Thorax- und Gefäßchirurgie (VTG). Sie widmet sich der Diagnostik und Therapie von Erkrankungen und Verletzungen der Organe im Brustkorb – insbesondere der Lunge, des Mittelfellraums und der Brustwand. Im Fokus der Arbeit des Teams um Dr. Alexander Kern stehen unter anderem die chirurgische Behandlung von Lungenkarzinomen, Metastasen in der Lunge, Tumoren der Brustwand und des Mittelfellraums (Mediastinum) sowie Erkrankungen des Brustfells wie Pleuramesotheliom und Pleuraempyem. Die Klinik setzt auf moderne Operationsmethoden wie die videoassistierte bzw. roboterassistierte thorakoskopische Chirurgie (VATS/RATS) und parenchymsparende Verfahren, um möglichst viel gesundes Lungengewebe zu erhalten. Die Entscheidung über die optimale Therapie erfolgt stets in enger Abstimmung mit dem Team aus Onkologie, Radiologie und Strahlentherapie im Rahmen interdisziplinärer Tumorkonferenzen.

„Wir wollen die Thoraxchirurgie als integralen Bestandteil der VTG weiter stärken und neue Impulse für die chirurgische Krebsbehandlung setzen“, betont Prof. Jürgen Weitz, Direktor der Klinik für Viszeral-, Thorax- und Gefäßchirurgie. Hier gilt es auch, Zukunftsthemen im Blick zu haben. Das Dresdner Team um Dr. Alexander Kern setzt auf roboterassistierte Thoraxchirurgie, 3D-Rekonstruktionen zur OP-Planung von Lungenresektionen, den Einsatz von KI-Anwendungen in der Thoraxchirurgie sowie auf die Etablierung des Lungenkarzinomscreenings. Die Weiterentwicklung der Versorgung von Patientinnen und Patienten mit komplexen Lungenerkrankungen steht außerdem im Fokus. Dabei spielt die enge Verzahnung von Forschung und klinischer Praxis eine zentrale Rolle. „Wichtig ist es, über die Bildung von Zentren die Akteure in der Region und im Uniklinikum zu vernetzen – zum Wohle der Patientinnen und Patienten“, sagt Dr. Alexander Kern. Die sollen von den Chancen der Optimierung multimodaler Therapiekonzepte (Neoadjuvante Therapien) unter Einschluss der Thoraxchirurgie sowie von multimodalen Konzepten bei der Behandlung von Lungenmetastasen profitieren. „Die Thoraxchirurgie kann hier wesentliche Impulse beisteuern“, sagt der Chirurg.

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Universitätsklinikum Carl Gustav Carus Dresden
Klinik für Viszeral-, Thorax- und Gefäßchirurgie
Dr. Alexander Kern, Thoraxchirurgie
Tel. 0351 / 458-6755
http://ukdd.de/vtg
E-Mail: 

alexander.kern@uniklinikum-dresden.de

Dank Genetik zu besserer Prävention von Herzerkrankungen

Der Stoffwechsel eines Menschen ist so individuell wie ein Fingerabdruck und damit auch das Risiko, bestimmte Krankheiten zu entwickeln. 

Ein besseres Verständnis der genetischen Einflüsse auf den Stoffwechsel könnte neue Therapieoptionen eröffnen. 

Jetzt haben Forscher*innen des Berlin Institute of Health in der Charité (BIH) und der Queen Mary University London die bisher größte genetische Karte des menschlichen Stoffwechsels erstellt und die Auswirkungen unseres genetischen Codes auf Blutwerte wie Cholesterin und Aminosäuren untersucht. 

Ihre Ergebnisse haben die Forscher*innen in Nature Genetics veröffentlicht.

Unser Blut kann Aufschluss über unsere Gesundheit geben. Die Menge der Moleküle im Blut, die während unseres Stoffwechsels als Zwischen- oder Abbauprodukte entstehen, sogenannte Metaboliten, weist auf akute und zukünftige Krankheiten hin. 

Ein hoher Cholesterinspiegel beispielsweise kann dazu führen, dass sich das Blutfett Cholesterin in den Arterienwänden ablagert. 

Das wiederum verengt die Gefäße und kann das Risiko für einen Schlaganfall oder Herzinfarkt erhöhen.

Wie hoch unser Cholesterinspiegel oder Blutzucker sind, können wir über unseren Lebensstil wesentlich beeinflussen – was wir essen, ob wir rauchen oder wie viel wir uns bewegen. Doch auch ein gesunder Lebensstil kann in seltenen Fällen einen zu hohen Cholesterinspiegel nicht verhindern. Die Frage ist also: Welchen Einfluss hat die genetische Veranlagung auf unsere Blutwerte? Genau das haben jetzt Forscher*innen des Berlin Institute of Health in der Charité (BIH) und der Queen Mary University London (QMUL) untersucht.

Genanalyse durch Zusammenarbeit von Wissenschaft und Industrie

Anhand von Daten einer halben Million Personen aus der UK Biobank untersuchten sie mithilfe des Industriepartners Nightingale Health Plc die Auswirkungen verschiedener Genvarianten auf die Werte von 250 Molekülen im Blut. 

Dazu kombinierten die Forscher*innen die genetischen Daten von Menschen in Großbritannien mit europäischer, asiatischer und afrikanischer Herkunft mit detaillierten Messungen ihres Stoffwechsels. 

„Unsere Arbeit zeigt, wie wichtig Kollaborationen zwischen Wissenschaft und Industrie sind, denn erst Nightingale Health ermöglichte die Messung aller 500.000 Blutproben. 

Dieser Umfang und das Engagement sind erforderlich, um seltene genetische Variationen, die den Unterschieden im menschlichen Stoffwechsel und in der Gesundheit zugrunde liegen, zuverlässig zu identifizieren“, sagt die leitende Autorin der Studie, Claudia Langenberg, Leiterin der Gruppe für Computational Medicine am BIH und Direktorin des PHURI am der Queen Mary University of London. Das Ergebnis ist eine umfangreiche genetische Karte des menschlichen Stoffwechsels. Dabei waren die Effekte von genetischen Variationen bei Frauen und Männern sowie Teilnehmenden verschiedener Herkunft ähnlich und lassen sich daher verallgemeinern.

Dank Genetik zu besserer Prävention von Herzerkrankungen

„Die genetische Kartierung des Stoffwechsels liefert eine wichtige Referenz, um das Krankheitsrisiko aufgrund bestimmter Blutwerte noch besser zu verstehen“, sagt Erstautor Martijn Zoodsma, Postdoktorand am BIH. 

So identifizierten die Forscher*innen etwa ein neues Gen namens VEGFA, das möglicherweise Aspekte der dichteren Form von Cholesterin (HDL) steuert. Dieses Gen könnte ein Ansatzpunkt für die Entwicklung neuer Medikamente sein, die zur Vorbeugung von Herzerkrankungen beitragen. „Die Entwicklung von Medikamenten zur Senkung von erhöhten Blutfettwerten hat schon Millionen Menschen das Leben gerettet, doch noch immer sind koronare Herzerkrankungen als Folge zu hoher Blutfettwerte eine der häufigsten Todesursachen. 

Unsere Erkenntnisse zeigen hoffentlich neue Wege zu besserer Prävention“ ergänzt Maik Pietzner, leitender Autor der Studie und Professor für Health Data Modelling am BIH und PHURI. Auf diesem Weg ist die Studie der Forscher*innen des BIH und der QMUL ein weiterer wichtiger Schritt.

Originalpublikation:
Zoodsma, M. et al. A genetic map of human metabolism across the allele frequency spectrum; Nature Genetics; 03 Oct 2025, doi. 10.1038/s41588-025-02355-3.

Der Gebärmutterhals

Epithelzellen, die den Gebärmutterhals auskleiden, sind nicht nur passive Barrieren. 

Wie eine jetzt veröffentlichte Studie zeigt, verfügen diese Zellen über eine eigene „Immunintelligenz” und können Abwehrmaßnahmen vorbereitet, bevor sich eine Infektion ausbreitet.

Sexuell übertragbare Infektionen gehören zu den weltweit häufigsten Infektionen; mehr als eine Milliarde Menschen sind davon betroffen. Sie tragen zu Unfruchtbarkeit und Komplikationen in der Schwangerschaft bei und erhöhen das Risiko für verschiedene Krebsarten. Eine wesentliche Rolle in diesen Prozessen spielt die Schleimhaut des weiblichen Fortpflanzungstrakts – speziell im Gebärmutterhals. Die Frage, wie dieses Gewebe Krankheitserreger wahrnimmt und möglicherweise abwehrt, ist daher für die globale Gesundheit von entscheidender Bedeutung.

Neue Erkenntnisse über diese Vorgänge hat jetzt internationales Forschungsteam aus Aarhus, Würzburg und Berlin gewonnen. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler konnten zeigen, dass Epithelzellen im Gebärmutterhals selbst die Immunantwort koordinieren. „Sie sind keine passiven Mauern, sondern aktive Wächter der Gewebegesundheit“, sagt Prof. Dr. Cindrilla Chumduri, Studienleiterin und Hauptautorin der jetzt in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlichten Studie.

Ein immunkompetentes Gewebe

Diese Entdeckung verändert nach den Worten des Forschungsteams die Sichtweise auf den Gebärmutterhals: „Er ist nicht nur eine Barriere, sondern ein immunkompetentes Gewebe, das komplexe Abwehrmechanismen koordinieren kann“, so Cindrilla Chumduri. Die neuen Erkenntnisse bieten damit einen neuen Ansatz für die Infektionsbiologie und wirken sich auf eine Reihe von Anwendungen aus, wie beispielsweise:

• Schleimhautimpfstoffe, die auf die Abwehrkräfte des Epithels abzielen
• Therapien zur Stärkung der angeborenen Abwehrkräfte gegen bakterielle und virale sexuell übertragbare Infektionen.

Darüber hinaus liefern sie einen Ansatz für eine bessere Prävention von infektionsbedingten Krebserkrankungen und Unfruchtbarkeit.

Cindrilla Chumduri ist Infektions- und Krebsbiologin und forscht schon seit Langem an den physiologischen Prozessen im Gebärmutterhalsgewebe – zuerst als Arbeitsgruppenleiterin am Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie (Berlin) und am Lehrstuhl für Mikrobiologie der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU), inzwischen als Professorin am Department of Biological and Chemical Engineering der Aarhus Universität.

„Anatomisch betrachtet ist der Gebärmutterhals ein kompliziertes Gebilde“, sagt die Wissenschaftlerin. Das Bindeglied zwischen Gebärmutterhöhle und Vagina besteht aus dem sogenannten Endozervix, der an die Gebärmutter angrenzt, und dem Ektozervix, der in die Vagina hineinragt. Diese werden von unterschiedlichen Zelltypen ausgekleidet: Während im Endozervix ein säulenförmiges Epithel vorliegt, findet sich im Ektozervix ein mehrschichtiges Plattenepithel.

Zwei Regionen, zwei Verteidigungsstrategien

Für seine jetzt veröffentlichte Studie hat das Forschungsteam auf sogenannte 3D-Organoidmodelle gesetzt. Mit ihrer dreidimensionalen Gewebearchitektur und -zusammensetzung ähneln diese Laborkulturen ihren natürlichen Vorbildern und behalten die funktionellen Eigenschaften des ursprünglichen Gewebes bei.

Durch den Vergleich von Organoiden mit primärem Gebärmutterhalsgewebe mithilfe der Einzelzellauflösung konnte das Team nachweisen, dass diese Modelle die in vivo vorhandenen Epithel-Subtypen und ihre Abwehrprogramme originalgetreu reproduzieren. „Solche Modelle werden zunehmend als Forschungsplattformen anerkannt“, sagt Cindrilla Chumduri. Die Arbeit ihres Labors veranschaulicht, wie Organoid-Systeme neue Erkenntnisse über Infektionen und die Biologie von Krebserkrankungen liefern können.

Mithilfe einer speziellen Technik, der sogenannten Einzelzell-RNA-Sequenzierung, haben Chindrilla und ihr Team erstmals kartiert, wie Tausende einzelner Epithelzellen auf eine Infektion mit Chlamydia trachomatis, dem häufigsten Erreger sexuell übertragbarer Krankheiten, reagieren.

Dabei zeigte sich, dass:

• Plattenepithelzellen der Ektozervix sich auf die Verstärkung der Barriere konzentrieren
• und Zylinderepithelzellen der Endozervix als Immunsignale fungieren und bestimmte Immunantworten sowie antimikrobielle Abwehrmechanismen aktivieren – selbst, wenn sie nicht infiziert sind.

Subtypen mit besonderen Aufgaben

Weiter fand das Team heraus, dass innerhalb jeder Region spezialisierte Epithel-Subtypen unterschiedliche Aufgaben erfüllten. In der Ektozervix konzentrierten sich einige Subtypen auf Regeneration und Reparatur. In der Endozervix waren sogenannte Bystander-Zellen, die nie direkt infiziert waren, am immunaktivsten.

„Die Bystander-Zellen haben uns am meisten überrascht“, sagt Dr. Pon Ganish Prakash, Erstautor der Studie, der die computergestützte Analyse der Einzelzell-Sequenzierungsdaten durchgeführt hat. „Sie wurden zu den dominierenden Verteidigern und verstärkten die Immunsignale ohne direkte Infektion.“

Zelluläre Kommunikation

Das Team entschlüsselte auch, wie Epithel-Subtypen mithilfe chemischer Signale miteinander kommunizieren, und deckte dabei eine verborgene „Kommunikation“ auf, die ein Gleichgewicht zwischen Abwehr und Reparatur herstellt.

„Die Arbeit mit diesen Organoidmodellen ermöglichte es uns, die Infektionsdynamik auf kontrollierte und realistische Weise nachzubilden“, erklärt Dr. Naveen Kumar Nirchal. „Wir konnten beobachten, wie bestimmte Epithel-Subtypen als Knotenpunkte fungieren und Signale senden, die ihre Nachbarn mobilisieren.“

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Heterogenität des Epithels von entscheidender Bedeutung ist. Jeder Subtyp hat seine eigene Aufgabe beim Schutz des Gebärmutterhalses und bei der Verhinderung der Ausbreitung von Infektionen auf die oberen Fortpflanzungsorgane“, fügt Dr. Rajendra Kumar Gurumurthy, leitender Wissenschaftler, hinzu.

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Prof. Dr. Cindrilla Chumduri, Medical Biotechnology Section, Department of Biological and Chemical Engineering, Aarhus University cindrilla.chumduri@bce.au.dk

Originalpublikation:
Single-cell atlas of cervical organoids uncovers epithelial immune heterogeneity and intercellular crosstalk during Chlamydia infection. Pon Ganish Prakash, Naveen Kumar Nirchal, Stefanie Köster, Christian Wentland, Jayabhuvaneshwari Dhanraj, Rajendra Kumar Gurumurthy, Cindrilla Chumduri. Science Advances, DOI: 10.1126/sciadv.ady1640

Therapie nach Diagnostik

Katharina Hüfner ist Neurologin und Fachärztin für Psychiatrie und Psychotherapeutische Medizin. 

Sie hat sich in der Alpinpsychiatrie einen Namen gemacht, z.B. mit Untersuchungen zu Suchtaspekten beim Bergsteigen und psychotischen Symptomen in der Höhe. 

Seit einem Jahr leitet sie die Univ.-Klinik für Psychiatrie II (Psychosomatische Medizin) in Innsbruck. Im Interview zum World Mental Health Day spricht sie über die großen Missverständnisse der Psychosomatik und erklärt, wie Körper und Psyche zusammenhängen

Das Wort „psychosomatisch“ wird im Alltag oft verwendet. Was bedeutet es wirklich?

Katharina Hüfner: Neben den biochemischen Vorgängen in einzelnen Organen betrifft Krankheit immer den ganzen Menschen. Deshalb muss man aus der Perspektive der psychosomatischen Medizin stets den gesamten Menschen behandeln – nicht ein Organ oder eine einzelne Funktionsstörung. Eine körperliche Erkrankung kann psychisch belasten und auch immunologische Veränderungen hervorrufen, die Angst oder depressive Symptome begünstigen. Umgekehrt kann psychischer Stress körperliche Symptome erzeugen oder verstärken. In unserer Umgangssprache gibt es viele Redewendungen, die auf die Psychosomatik hinweisen: Es bleibt einem die Luft weg, etwas bereitet Kopfzerbrechen, oder zieht einem den Boden unter den Füßen weg. Diese Redewendungen zeigen, dass der Zusammenhang von Körper und Psyche seit jeher und auch in vielen Kulturen bekannt ist.

Sie haben immunologische Veränderungen erwähnt. Was genau ist Psychoneuroimmunologie?

Das kennt wahrscheinlich jede:r: Wer mit einer Verkühlung aufwacht, ist auch psychisch nicht fit. Bei einem akuten Infekt fühlt man sich niedergeschlagen und hat weniger Lust, andere zu treffen. 

Dieses Phänomen nennt man Sickness Behaviour. 

Evolutionär dient der Rückzug dazu, Erholung zu ermöglichen. 

Wenn jedoch ein langanhaltender, chronischer Immunprozess vorliegt, etwa bei rheumatoider Arthritis, können sich depressive Symptome langfristig zeigen und es kann eine depressive Erkrankung entstehen. 

Allerdings hat eine Depression fast nie nur eine einzige Ursache: 

MaAB Cave:

Immundysregulation und Veränderungen in der Hypothalamus-Hypophysen-Nebennierenrinden-Achse (auch: Cortisol-Achse) sind wichtige biologischen Faktoren.

Psychische Faktoren, wie etwa hohe Anforderungen in der Arbeit, und soziale Faktoren, wie z.B. Einsamkeit, kommen ebenso dazu. 

Auch sie können zu Immunveränderungen führen. 

Die Beschäftigung mit diesen Zusammenhängen nennt man Psychoneuroimmunologie.

Warum fühlen sich manche Patient:innen mit ihren Beschwerden nicht ernstgenommen, wenn von Psychosomatik die Rede ist?

Ich glaube, das hat damit zu tun, dass manchmal davon gesprochen wird, dass etwas „nur“ psychisch sei. 

Oder auch, wenn „psychosomatisch“ mit „eingebildet“ oder „vorgetäuscht“ gleichgesetzt wird, also als keine „richtige“ Erkrankung wahrgenommen wird. Das ist aber definitiv falsch. 

Psychosomatische Symptome und Erkrankungen sind real und gehen mit biologischen Veränderungen einher. 

Wenn ich beispielsweise aufgrund von psychischem Stress Herzklopfen und Herzrasen entwickle, bilde ich mir das nicht ein, es ist messbar. 

Einsamkeit kann ebenfalls immunologische und hormonelle Veränderungen hervorrufen, die sich dann in körperlichen Symptomen niederschlagen. 

Der Nachweis biologischer und physiologischer Marker bei psychosomatischen Beschwerden ist der Beweis dafür, dass diese Beschwerden echt sind. 

Trotzdem spielen neben den biologischen Faktoren eben auch psychische und soziale Aspekte eine wichtige Rolle bei diesen Beschwerden. 

Sie interagieren alle bei der Krankheitsentstehung. Aktuell wird besonders viel daran geforscht, wie traumatische Erfahrungen in der Kindheit das Immunsystem und das Hormonsystem verändern und so körperliche und psychische Erkrankungen begünstigen können.

Wie wird eine psychosomatische Diagnose gestellt?

Manchmal ist der Zusammenhang offensichtlich, z.B. nach einem akuten psychischen Trauma mit anschließenden dissoziativen („nicht-epileptischen“) Anfällen. 

Viel häufiger wirken jedoch mehrere Faktoren in unterschiedlichem Ausmaß zusammen: 

Das reicht von genetischen Risikofaktoren und epigenetischen Veränderungen über körperliche Erkrankungen, psychischen Stress, kulturelle Prägungen bis hin zu Vorerfahrungen der Person mit Erkrankungen und dem Gesundheitssystem. 

Ausführliche und genaue Patient:innen-Gespräche sind notwendig, um diese Zusammenhänge zu beleuchten. 

Im Vergütungssystem wird das zu wenig berücksichtigt.

Sie haben vor rund einem Jahr die Klinikleitung übernommen. Vorher haben Sie viel über Alpinpsychiatrie geforscht. Bleibt dafür noch Zeit?

Auf jeden Fall, ich mache das ja nicht alleine, sondern gemeinsam mit einem super Team. Sport, Hypoxie (Sauerstoffmangelversorgung des Gehirns, Anm.), alpine Umgebung und psychische Gesundheit werden weiter ein Schwerpunkt unserer Klinik sein. 

Wir haben in Innsbruck auf diesem Gebiet Pionierarbeit geleistet und uns einiges an Expertise aufgebaut. Aktuell arbeiten wir u. a. zu epigenetischen Veränderungen beim therapeutischen Klettern mit Angstpatient:innen, und wir prüfen im „Exercise is Medicine“-Projekt, wie Bergsport bei Personen mit Depressionen therapeutisch genutzt werden kann. 

Ein weiteres Thema ist die Wirkung von Hypoxie: Moderate Hypoxie (bis zu einem Äquivalent von 3000 m) kann möglicherweise neurobiologisch günstig wirken, starke Hypoxie ist schädlich. Epidemiologische Daten zeigen geringere Raten psychischer Erkrankungen bei Menschen, die in mittleren Höhenlagen leben.

Welche Behandlungsstrukturen bietet ihre Klinik an?

Die Psychiatrie II ist eine Referenzeinrichtung für Psychosomatische Medizin in Tirol. Im ambulanten Bereich sind wir auf die umfassende Diagnostik psychosomatischer Beschwerden spezialisiert. Im Konsiliar-Liason-Dienst arbeiten wir eng mit den Teams in den anderen Kliniken zusammen, um Patient:innen mit körperlichen und psychischen Beschwerden bestmöglich zu betreuen. Wir bieten tagesklinische Behandlungsplätze sowohl im Erwachsenenbereich als auch im Adoleszenzbereich (16 bis 24 Jahre; gemeinsam mit den Kolleg:innen der Kinder- und Jugendpsychiatrie). Stationäre Aufenthalte an unserer Station für Psychosomatische Medizin finden nach einem ambulanten Vorgespräch statt, in dem das Therapieziel vorab mit den Patient:innen gemeinsam definiert wird.

Welche Therapiemöglichkeiten gibt es dort?

Wir bieten multimodale Therapien an. Das bedeutet, dass nach einer klaren Diagnose zu Beginn ein individuelles Therapieangebot zusammengestellt wird. Dieses besteht aus Bausteinen, wie Psychotherapie, Sport und Bewegung, Ergotherapie, Kochgruppe, Entspannungstraining, Berufsplanung mit der Sozialarbeit, Biofeedback und ärztlichen Visiten. Wir nutzen auch moderne Therapieverfahren, z.B. mittels Virtual Reality und wir monitorisieren den Therapieverlauf anhand digitaler Selbstbeurteilungs-Tools. Besonders bei jungen Erwachsenen fällt uns häufig die „Knowledge-Action-Gap“ auf: Sie sind super informiert, wissen, was gut für sie wäre und was zu tun wäre, setzen es aber schwer um. Deshalb legen wir Wert auf praktische Umsetzung und Übung: Klettertherapie, statt über Bewegung sprechen; in einer Gruppentherapie echte Konflikte untereinander lösen, statt theoretisch über Kommunikation zu sprechen.

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Univ.-Prof. Dr.med. Katharina Hüfner
Universitätsklinik für Psychiatrie II
Tel.: +43 50 504 23639
E-Mail: Katharina.Huefner@i-med.ac.at

Veränderungen im Kleinhirn bei spinaler Muskelatrophie

Die spinale Muskelatrophie beeinträchtigt alle Muskeln des Körpers. 

Sie galt lange Zeit als eine Erkrankung, die ausschließlich durch den Verlust von Nervenzellen im Rückenmark verursacht wird. Ein Forschungsteam des Carl-Ludwig-Instituts für Physiologie der Universität Leipzig konnte nun zeigen, dass zudem das Kleinhirn, das für die Bewegungskoordination wichtig ist, aber auch soziale und kognitive Prozesse beeinflusst, eine Rolle bei der Entstehung der spinalen Muskelatrophie spielt. Die Studie wurde im Journal "Brain" veröffentlicht.

Die spinale Muskelatrophie ist eine seltene, genetisch bedingte Erkrankung von Nervenzellen des Rückenmarks, die schon im Säuglingsalter auftreten kann. Die Erkrankung führt zu einem fortschreitenden Verlust von Muskelkraft. Betroffene leiden oft schon früh an Muskelschwäche sowie Schwierigkeiten bei Bewegung, Atmung und Schlucken. Durch den medizinischen Fortschritt stehen mittlerweile Therapien zur Verfügung, die das Fortschreiten der Erkrankung verlangsamen. Dennoch bleiben motorische Einschränkungen bestehen und es treten zunehmend kognitive und soziale Auffälligkeiten auf.

Die spinale Muskelatrophie wurde lange Zeit ausschließlich als eine Erkrankung der Motoneurone verstanden, bei der jene Nervenzellen ihre Funktion verlieren, die direkt für die Ansteuerung der Muskulatur verantwortlich sind. In den vergangenen Jahren konnten Wissenschaftler:innen zeigen, dass auch andere Nervenzellen im Rückenmark, die die Muskulatur nicht direkt steuern, zur Krankheit beitragen. Basierend auf diesen Ergebnissen haben Forscher:innen des Carl-Ludwig-Instituts für Physiologie nun untersucht, ob weitere Regionen des Nervensystems an der Entstehung der spinalen Muskelatrophie beteiligt sind.

In der aktuellen Studie fanden sie heraus, dass auch das Kleinhirn zur Krankheitsentstehung beiträgt. „Unsere Ergebnisse verdeutlichen, dass das Kleinhirn nicht nur von der Krankheit betroffen, sondern ein eigenständiger Treiber der Symptome ist. Damit liefern die aktuellen Befunde eine mögliche Erklärung für die anhaltenden motorischen Einschränkungen und die neu auftretenden sozialen sowie kognitiven Probleme von Patient:innen trotz moderner Therapien“, sagt Dr. Christian Simon, Leiter der Studie und Wissenschaftler an der Medizinischen Fakultät.

Bei den Untersuchungen konnten die Leipziger Forscher:innen nachweisen, dass Purkinje-Zellen – zentrale Nervenzellen des Kleinhirns – bei spinaler Muskelatrophie geschädigt werden. Ursache ist die Aktivierung eines bestimmten Signalwegs, der zum Zelltod und zu erheblichen Störungen in den Netzwerken des Kleinhirns führt. Die Folgen zeigten sich im Mausmodell: Tiere mit spinaler Muskelatrophie wiesen neben motorischen Beeinträchtigungen auch eine deutlich verringerte kommunikative Aktivität auf, die sich in reduzierten Ultraschallvokalisationen äußerte, also hochfrequenten Lauten, mit denen Mäuse normalerweise kommunizieren. Durch die gezielte Wiederherstellung des fehlenden Proteins in den Purkinje-Zellen konnten sowohl die motorischen als auch sozialen Defizite teilweise verbessert werden.

Das Carl-Ludwig-Institut für Physiologie verfügt über eine ausgewiesene Expertise in der Kleinhirnphysiologie. Für die aktuellen Untersuchungen wurden hochauflösende Bildgebung und Patch-Clamp-Messungen an Kleinhirnschnitten von Mäusen genutzt. Zusätzlich setzten die Leipziger Wissenschaftler:innen virale Vektoren ein, um die Genexpression der Mäuse gezielt zu manipulieren.

Eine Besonderheit der wissenschaftlichen Arbeit: Drei der vier Erstautor:innen sind Studierende der Humanmedizin und haben im Rahmen ihrer Promotionsarbeit zu dieser Publikation beigetragen. Sie wurden dabei teilweise durch Promotionsstipendien der Medizinischen Fakultät gefördert. Internationale Kooperationen mit der Columbia University, der Johns Hopkins University und der Universität Ulm haben das Projekt maßgeblich unterstützt.

„Unsere Forschung liefert eine wichtige Basis für weitere Studien, die die Veränderungen im Kleinhirn bei spinaler Muskelatrophie in größeren Gruppen von Patient:innen untersuchen sollen. Als nächsten Schritt wollen wir vorhandene Therapien an unseren Mausmodellen testen, um zu prüfen, ob sich die Veränderungen im Kleinhirn und die damit verbundenen sozialen Symptome bei der Erkrankung verbessern lassen“, erklärt Dr. Simon.

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Dr. Christian Simon
Universität Leipzig, Medizinische Fakultät
Wissenschaftler, Carl-Ludwig-Institut für Physiologie
Christian.Simon@medizin.uni-leipzig.de

Originalpublikation:
https://doi.org/10.1093/brain/awaf336, Originalpublikation in Brain: Cerebellar pathology contributes to neurodevelopmental deficits in spinal muscular atrophy.

Kokain

Noch nie war so viel Kokain weltweit im Umlauf wie heute – auch in Europa steigt die Nachfrage rasant. 

Der Hamburger Hafen spielt dabei eine zentrale Rolle als wichtiger Umschlagplatz für den Drogenschmuggel aus Lateinamerika. 

Doch Kokain ist nur ein Teil eines komplexen globalen Problems: Captagon, Fentanyl, Methamphetamin und andere Substanzen verbreiten sich extrem schnell und verursachen Gewalt, Korruption, Gesundheitskrisen und soziale Verwerfungen.

Die GIGA-Forschenden Prof. Dr. Sabine Kurtenbach, Janaina Maldonado und Dr. Jonas von Hoffmann haben gemeinsam mit Partnern der EU-LAC Foundation und dem Hamburg Institute for Advanced Studies (HIAS) einen Policy Brief veröffentlicht, in dem sie sich für eine umfassende und koordinierte Strategie gegen Drogenhandel aussprechen und die Eindämmung des Drogenhandels als globale Aufgabe sehen.

In einem Interview geben sie Einblicke in die zentralen Erkenntnisse und skizzieren, wie eine nachhaltige Drogenpolitik aussehen könnte.

Der Policy Brief stellt einige der Kernthemen und Erkenntnisse vor, die aus dem Workshop „Port Cities Fighting Transatlantic Drug Trafficking” hervorgegangen sind, der Anfang April 2025 von der EU-LAC Foundation und dem German Institute for Global and Area Studies (GIGA) mit Unterstützung der Stadt Hamburg gemeinsam organisiert wurde. 

Die Veranstaltung bot einen einzigartigen Rahmen für eine tiefgehende, interdisziplinäre und aufschlussreiche Diskussion zwischen Expert:innen mit unterschiedlichem Hintergrund. 

Im Mittelpunkt des Workshops stand der Austausch von Wissen sowie die Förderung praxisorientierter Überlegungen zur sich wandelnden Dynamik des Drogenhandels von Lateinamerika und der Karibik nach Europa, wobei insbesondere die Rolle der Häfen und Hafenstädte thematisiert wurde.

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Prof. Dr. Sabine Kurtenbach
https://www.giga-hamburg.de/en/the-giga/team/kurtenbach-sabine
sabine.kurtenbach@giga-hamburg.de

Janaina Maldonado Guerra da Cunha
https://www.giga-hamburg.de/en/the-giga/team/maldonado-guerrada-cunha-janaina
janaina.maldonado@giga-hamburg.de

Dr. Jonas von Hoffmann
https://www.giga-hamburg.de/en/the-giga/team/von-hoffmann-jonas
jonas.vonhoffmann@giga-hamburg.de

Originalpublikation:
Drugs, Ports and Other Challenges: In Need of a Comprehensive and Coordinated Multilevel Strategy
https://eulacfoundation.org/sites/default/files/2025-09/policy-brief-no12-en.pdf

Kinder ein Schädelhirntrauma...

Ein Sturz beim Spielen, ein Zusammenstoß beim Sport – schon ist es passiert: 

Jedes Jahr erleiden in Deutschland tausende Kinder ein Schädelhirntrauma. Meist handelt es sich um eine milde Form, die zwar ärztlich kontrolliert werden muss, aber selten lebensbedrohlich ist. Dennoch verbringen jährlich rund 92.000 Kinder sicherheitshalber Zeit im Krankenhaus – oft unnötig. Für Familien ist das sehr belastend, für das Gesundheitssystem teuer. Das Team des Projekts SaVeBRAIN.Kids verfolgt einen neuen Ansatz, um die Zahl von Krankenhausaufnahmen zu reduzieren. Die Konsortialführung liegt bei Privatdozentin Dr. Nora Bruns, sie forscht an der Medizinischen Fakultät der Universität Duisburg-Essen.

Im Zuge einer Studie wird erstmals eine digital gestützte Versorgung getestet, die Kindern eine sichere Betreuung zuhause ermöglichen soll. „Wir entwickeln eine Alternative zur stationären Überwachung, von der alle profitieren – die kleinen Patient:innen, ihre Familien und das gesamte Gesundheitssystem“, sagt PD Dr. Nora Bruns. Sie ist Konsortialführerin und arbeitet als Oberärztin an der Klinik für Kinderheilkunde I des Universitätsklinikums Essen.

Im Mittelpunkt stehen zwei digitale Werkzeuge: ein Arztcockpit für die strukturierte Untersuchung in der Klinik und eine Smartphone-App für die Eltern der betroffenen Kinder. Das Arztcockpit hilft Ärzt:innen, die Befunde präzise zu erfassen. Die App hingegen erinnert die Familien nach der Entlassung zu festen Zeitpunkten und mit einfachen Fragen an die Überprüfung des Gesundheitszustand des Kindes. So behalten Eltern die wichtigsten Symptome im Blick und haben alle Informationen griffbereit. Die App ersetzt keinen Besuch bei einer Ärztin oder einem Arzt, sondern ergänzt ihn um eine verlässliche und leicht verständliche Anleitung.

„Unser Ziel ist, die Anzahl stationärer Aufnahmen um 20 Prozent zu verringern. Denn viele Kinder können zuhause genauso sicher überwacht werden, wenn Eltern gut unterstützt werden und behandelnde Ärzt:innen auf standardisierte Daten zurückgreifen können“, sagt PD Dr. Bruns.

Die Studie läuft seit September 2025 und schließt knapp 1.400 Kinder ein. Dabei wird nicht nur untersucht, wie wirksam die neue Versorgung medizinisch ist. Auch wirtschaftliche Aspekte und die Erfahrungen von Eltern, Kindern und medizinischem Personal spielen eine Rolle Am Ende sollen klare Empfehlungen stehen, wie sich digitale Lösungen dauerhaft in die Regelversorgung integrieren lässt. Getragen wird SaVeBRAIN.Kids von einem Konsortium aus Instituten, Kliniken, Krankenkassen, Hochschulen und Technologiepartner:innen. Gefördert wird es vom Innovationsfonds des Gemeinsamen Bundesausschusses über 3,5 Jahre mit rund 5,9 Millionen Euro. An die Wissenschaftler:innen der Medizinischen Fakultät fließen davon knapp 2,8 Millionen Euro.

Martin Rolshoven, Medizinische Fakultät der Universität Duisburg-Essen, Tel. 0201/723-6274, martin.rolshoven@uk-essen.de

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PD Dr. Nora Bruns, Universitätsklinikum Essen, Klinik für Kinderheilkunde I, Tel. 0201/723-7192, nora.bruns@uk-essen.de

Weitere Informationen finden Sie unter
https://savebrain.de

Zelluläre Überlebens- und Heilungsprozesse

Von Max-Planck-Chemikern entwickelte neuartige Substanz stört die Stressbewältigung der Krebszellen

Krebszellen sind ziemlich clever und auch dreist – sie kapern zelluläre Überlebens- und Heilungsprozesse, um ihr Wachstum anzukurbeln, sich im Körper auszubreiten und ihr eigenes Überleben so zu sichern. 

Die „Unfolded Protein Response“ (UPR), die Zellen vor Stress schützt, ist ein solcher Überlebensmechanismus. 

Einer ihrer wichtigsten Regulatoren, das „inositol-requiring enzyme 1“ (IRE1), ist ein vielversprechendes Ziel für die Entwicklung von Therapien gegen Krebs und eine Vielzahl anderer schwerer Krankheiten. Nun hat ein Forschungsteam am Max-Planck-Institut für molekulare Physiologie in Dortmund unter der Leitung von Forschungsgruppenleiter Peng Wu eine neuartige Substanz entwickelt, die IRE1 durch einen Mechanismus hemmt, der sich von den bereits existierenden Inhibitoren unterscheidet. Dies könnte neue therapeutische Wege für die Behandlung von Krebs und anderen menschlichen Krankheiten eröffnen.

Die Wäsche ist noch nicht gewaschen, das Fahrrad muss repariert werden und die Rechnungen sind auch noch nicht bezahlt. Unerledigte Aufgaben verursachen Stress. 

Das gleiche Prinzip gilt auch für unsere Zellen. 

Wenn zu viele Proteine falsch oder sogar fehlgefaltet sind, können sie ihre Funktionen nicht erfüllen und die Zelle gerät unter Stress. 

Um mit diesem Stress fertig zu werden, haben Zellen die „Unfolded Protein Response“ (UPR) entwickelt. Sobald diese durch Stress im Endoplasmatischen Retikulum (ER) – der proteinproduzierenden Organelle in der Zelle – aktiviert wird, wird eine Kaskade von Schutzmechanismen ausgelöst, um die ordnungsgemäße Proteinfaltung wiederherzustellen. Einer der wichtigsten Antreiber des UPR ist IRE1, ein Protein, das in die ER-Membran eingebettet ist. IRE1 ist an einer Vielzahl von Krankheiten beteiligt, darunter Immun-, Stoffwechsel- und neurodegenerative Erkrankungen sowie Krebs, und ist daher zu einem relevanten therapeutischen Ziel geworden.

Krebszellen leben unter ständigem Stress::

Tumore werden oft als „Wunden, die niemals heilen“ beschrieben. Krebszellen schaffen eine toxische Umgebung, die sauer, nährstoff- und sauerstoffarm ist. Obwohl dies kontraproduktiv erscheint, ist es tatsächlich eine clevere Strategie: Die lebensfeindlichen Bedingungen aktivieren evolutionäre, zelluläre Überlebenswege, die von den Krebszellen gekapert und umfunktioniert werden, um das Tumorwachstum und -überleben zu unterstützen. „Es ist bekannt, dass die Aktivierung des UPR über IRE1 zur Entstehung und zum Fortschreiten der meisten Krebsarten beiträgt, darunter Leukämie, Glioblastom, Myelom, Brust- und Darmkrebs. Eine hohe IRE1-Aktivität ist auch mit einer zunehmend schlechteren Prognose verbunden“, sagt Peng Wu. In den letzten zehn Jahren sind Signalproteine des UPR zu attraktiven Zielen für die Entwicklung neuartiger Krebstherapien geworden, und es steht mittlerweile eine wachsende Auswahl an medikamentenähnlichen Molekülen zur Verfügung. Viele dieser Verbindungen sind jedoch nur beschränkt einsetzbar.

Ein neuer Hemmmechanismus – hier binden, dort hemmen
Die Gruppe um Wu hat nun einen hochwirksamen IRE1-Inhibitor mit einem einzigartigen Hemmmechanismus entwickelt. In einem ersten Schritt entwickelten die Forschenden einen robusten Assay, um die Wirkung potenzieller IRE1-Inhibitoren zu bewerten. Mit diesem Assay durchsuchten sie eine Bibliothek von ca. 10.000 chemisch unterschiedlichen Verbindungen und identifizierten indolbasierte Gerüste als besonders vielversprechende „Treffer“. Eine systematische Strukturoptimierung dieser Substanzen ergab eine Leitverbindung, die anschließend biochemisch, biophysikalisch und hinsichtlich ihrer Wechselwirkung mit IRE1 charakterisiert wurde. Dabei zeigte sich ihr einzigartiger Hemmungsmechanismus: Anstatt eine der beiden katalytischen Stellen von IRE1 (die Kinase- oder die RNAse-Domäne) durch Bindung zu hemmen, bindet die Verbindung an die Kinase-Domäne und unterdrückt durch diese Wechselwirkung allosterisch die RNAse-Aktivität, die die UPR antreibt. Mit anderen Worten: Die Verbindung „bindet hier, hemmt aber dort”.

Neue therapeutische Möglichkeiten
Unser Verständnis der Unfolded Protein Response hat sich in den letzten Jahrzehnten stetig weiterentwickelt, und die ersten medikamentenähnlichen Moleküle, die auf diesen Prozess abzielen, haben sich in präklinischen Krankheitsmodellen als vielversprechend erwiesen. Viele der bestehenden Wirkstoffe leiden jedoch unter einer schlechten Pharmakokinetik und verursachen erhebliche Nebenwirkungen – insbesondere eine hohe Pankreastoxizität. Es wird vermutet, dass bestimmte reaktive Molekülteile in diesen Verbindungen zelluläre Prozesse stören, die nichts mit der IRE1-Aktivität zu tun haben. Darüber hinaus sind einige Hemmmechanismen noch nicht vollständig verstanden.

 „Strukturelle und funktionelle Studien wie die unsere, die den Wirkmechanismus klar aufzeigen, sind von großem Wert und werden die Entwicklung von IRE1-Inhibitoren der nächsten Generation beschleunigen“, sagt Wu. Solche Verbindungen könnten auch als Werkzeuge in der Krebsforschung genutzt werden, um zu bestimmen, welcher Ansatz zur Krebsbekämpfung in der klinischen Praxis am besten geeignet ist und welche Krankheiten beim Menschen durch die gezielte Beeinflussung der Unfolded Protein Response am effektivsten behandelt werden können.

Originalpublikation:
Liu Y, Goebel L, Avathan Veettil AK, Gasper R, Jian M, Wagner L, Hastürk O, Wu P (2025). Harnessing Indole Scaffolds to Identify Small-molecule IRE1α Inhibitors Modulating XBP1 mRNA Splicing. Nat Commun.
Doi: 10.1038/s41467-025-64291-4
https://www.nature.com/articles/s41467-025-64291-4

Muskel-Leber-Gesundheit Labor AST + ALT

Forscher*innen verknüpfen körperliche Fitness mit Biomarkern – Aspartat tritt als Schlüsselmetabolit hervor

Kann ein einfacher Bluttest zeigen, wie gut jemand altert? Ein Forscherteam um Wolfram Weckwerth von der Universität Wien und der Nankai-Universität hat fortschrittliche Metabolomik mit modernster künstlicher Intelligenz und einem neuartigen Netzwerkmodellierungs-Tool kombiniert, um die zentralen molekularen Prozesse des aktiven Alterns zu entschlüsseln. Ihre Studie, veröffentlicht im Fachjournal npj Systems Biology and Applications (Nature Publishing Group), identifiziert Aspartat als dominanten Biomarker für körperliche Fitness und kartiert die dynamischen Interaktionen, die ein gesünderes Altern unterstützen.

Dass Bewegung Mobilität schützt und das Risiko chronischer Erkrankungen senkt, ist seit Langem bekannt. Doch die genauen molekularen Prozesse, die körperliche Aktivität in gesünderes Altern übersetzen, waren bislang kaum erforscht. Die Forscher*innen stellten sich daher eine scheinbar einfache Frage: Lassen sich die Vorteile eines aktiven Lebensstils bei älteren Menschen direkt im Blut erkennen – und welche Moleküle spielen dabei die größte Rolle?

Von Fitnesstests zu Blut-Fingerprints: Body Activity Index und Metabolomics Index

Die Forscher entwickelten zunächst einen "Body Activity Index" (BAI), indem sie mittels kanonischer Korrelationsanalyse die Ergebnisse aus Gehstrecke, Aufsteh-Tests, Handkraftmessungen und Gleichgewichtstests zusammenführten. 

Dieser zusammengesetzte Leistungswert erfasst Ausdauer, Kraft und Koordination in einem robusten Maß. Unabhängig davon wurde ein "Metabolomics Index" aus den Blutkonzentrationen von 35 niedermolekularen Metaboliten berechnet. In 263 Blutproben älterer Erwachsener zeigten beide Indizes eine Pearson-Korrelation von 0,85 (p < 1 × 10⁻¹⁹), was belegt, dass die molekulare Signatur im Blut die körperliche Fitness widerspiegelt.

KI identifiziert aktive und weniger aktive Gruppen sowie deren metabolische Signatur

Um komplexe, nichtlineare Muster zu erfassen, trainierten die Forscher fünf verschiedene KI-Modelle – von einfachen statistischen Verfahren (Generalisiertes Lineares Modell, GLM) bis hin zu fortgeschrittenen Methoden wie Entscheidungsbaum-Boosting (Gradient Boosting Machine, GBM; XGBoost) und einem Deep-Learning-Autoencoder-Netzwerk. Jedes Modell wurde mit wiederholter Kreuzvalidierung abgestimmt und an unabhängigen Datensätzen getestet. Die Boosting-Modelle (GBM und XGBoost) erzielten eine hohe Genauigkeit und unterschieden "aktive" von "weniger aktiven" Teilnehmern in über 91 % der Fälle (AUC > 0,91). Acht Metaboliten traten in allen fünf Algorithmen konsistent als Prädiktoren für Aktivitätsniveau hervor: Aspartat, Prolin, Fruktose, Apfelsäure, Pyruvat, Valin, Citrat und Ornithin. Aspartat stach dabei mit einem Faktor von zwei bis drei besonders hervor und bestätigte seine zentrale Rolle als molekularer Marker des aktiven Alterns.

Netzwerk-Umschaltung durch COVRECON

Korrelation allein erklärt nicht, warum bestimmte Moleküle mit Fitness verknüpft sind. Um die zugrunde liegenden Mechanismen zu verstehen, nutzte das Team das datengetriebene Modellierungs-Tool COVRECON. Einfach gesagt analysiert COVRECON, wie Metaboliten gemeinsam variieren, und rekonstruiert daraus das Netzwerk biochemischer Interaktionen. Mathematisch wurde eine differentielle Jacobimatrix geschätzt – ein Verfahren zur Identifikation enzymatischer Verbindungen, die sich zwischen aktiven und weniger aktiven Gruppen am stärksten verändern. 

Dabei wurden zwei bekannte Enzyme, Aspartat-Aminotransferase (AST) und Alanin-Aminotransferase (ALT), als zentrale Knotenpunkte im Netzwerk identifiziert. 

Beide sind Standardmarker in klinischen Lebertests, doch hier zeigten sie, wie Aktivität den Stoffwechsel umgestaltet. 

Die Vorhersagen wurden durch routinemäßige Bluttests bestätigt: 

Über den sechsmonatigen Studienzeitraum schwankten AST und ALT bei aktiven Teilnehmern deutlich stärker als bei ihren weniger aktiven Vergleichspersonen – ein Hinweis auf größere metabolische Flexibilität in Leber- und Muskelstoffwechsel.

Bedeutung für Gehirngesundheit und Demenz

Aspartat ist mehr als nur ein einfacher Stoffwechsel-Zwischenmetabolit: 

Im Gehirn dient es auch als Vorläufer von Neurotransmittern und aktiviert NMDA-Rezeptoren, die für Lernen und Gedächtnis essenziell sind. 

Diese doppelte Funktion bietet eine mögliche Verbindung zwischen körperlicher Fitness und kognitiver Gesundheit. 

Unabhängige Studien zeigen, dass niedrige AST- und ALT-Werte im mittleren Lebensalter – oder ein erhöhter AST/ALT-Quotient – mit einem erhöhten Risiko für Alzheimer und altersbedingten kognitiven Abbau verbunden sind. 

Indem die vorliegende Studie zeigt, dass körperliche Aktivität dynamische Veränderungen im Aspartat-Stoffwechsel und in der Plastizität dieser beiden Enzyme bewirkt, deutet sie auf eine molekulare Brücke zwischen Muskel-Leber-Gesundheit und neuronaler Widerstandsfähigkeit hin.

Die Ergebnisse vermitteln eine klare Botschaft: Körperliche Aktivität trägt nicht nur zur Erhaltung von Kraft und Mobilität bei, sondern könnte auch das Gehirn vor Demenz schützen – durch messbare Veränderungen in aminosäurebasierten Signalwegen. "Körperliche Aktivität bewirkt mehr als nur Muskelaufbau", erklärt Wolfram Weckwerth: "Sie verändert unseren Stoffwechsel auf molekularer Ebene. Indem wir diese Veränderungen entschlüsseln, können wir verfolgen – und sogar steuern – wie gut jemand altert."

Forschungsplattformen der Universität Wien, die dieses Projekt initiiert haben:
VIENNA METABOLOMICS CENTER:

 https://metabolomics.univie.ac.at/

Research Platform Active Ageing: 

https://activeageing.univie.ac.at/

MaAB - Medizin am Abend Berlin Fortbildungen VOR ORT

Prof. Dr. Wolfram Weckwerth
Vienna Metabolomics Center & Molecular Systems Biology Lab
Department für Funktionelle und Evolutionäre Ökologie
Universität Wien
1030 Wien, Djerassiplatz 1
T +43-1-4277-76510
wolfram.weckwerth@univie.ac.at

Originalpublikation:
Jiahang Li, Martin Brenner, Iro Pierides, Barbara Wessner, Bernhard Franzke, Eva-Maria Strasser, Steffen Waldherr, Karl-Heinz Wagner & Wolfram Weckwerth. Machine learning and data-driven inverse modeling of metabolomics unveil key processes of active aging. In npj Systems Biology and Applications.
DOI: 10.1038/s41540-025-00580-4
https://doi.org/10.1038/s41540-025-00580-4
https://www.nature.com/articles/s41540-025-00580-4