Hunderte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit untersuchen die Eigenschaften verschiedener Neuronentypen im motorischen Kortex der Gehirne von Mäusen, Affen und Menschen. Dabei nutzen sie neue experimentelle Techniken und Methoden der Datenanalyse.

Die Wissenschaft hat lange nach Möglichkeiten gesucht, neuronale Netze im Gehirn mit Computern zu simulieren, um zu verstehen, wie sie funktionieren. Mit neuen Erkenntnissen über die neuronalen Schaltpläne im Gehirn der Fruchtfliege und mit Hilfe von KI gelang es nun Forschenden, ein neuronales Netz zu knüpfen. Dieses sagt die Aktivität einzelner Neuronen vorher, ohne dass Messungen an einem lebenden Gehirn vorgenommen werden müssen.

Im Gehirn von erwachsenen Säugetieren sorgen neurale Stammzellen dafür, dass kontinuierlich neue Nervenzellen, also Neuronen, gebildet werden. Dieser als adulte Neurogenese bezeichnete Vorgang trägt bei Mäusen dazu bei, den Geruchssinn der Tiere zu erhalten.

Die Mechanismen, mit denen der Körper Temperatur misst und die eigene Körperwärme reguliert sind lebenswichtig, aber noch wenig verstanden. Bahnbrechend war daher die Entdeckung des ersten Wärmesensors an Nervenzellen der Haut, für die der US-amerikanische Molekularbiologe David Julius den diesjährigen Nobel-Preis für Medizin erhielt.

Im Bereich der Optogenetik erforschen Wissenschaftler*innen die Aktivität von Nervenzellen im Gehirn mithilfe von Licht. Ein Team um Prof. Dr. Ilka Diester und Dr. David Eriksson vom Optophysiologie Labor der Universität Freiburg hat ein neues Verfahren entwickelt, um gleichzeitig laminare Aufzeichnungen, Multifaser-Stimulationen, optogenetische 3D-Stimulation, Konnektivitätsrückschlüsse und Verhaltensquantifizierung an Gehirnen durchzuführen.

Die Forschenden vom DKFZ und der Universität Heidelberg zeigten an Mäusen, dass experimentell ausgelöster Durchblutungsmangel im Gehirn die Astrozyten epigenetisch zu Hirnstammzellen umprogrammiert, die wiederum Nervenvorläuferzellen hervorbringen können. Diese Entdeckung zeigt, dass Astrozyten möglicherweise für die regenerative Medizin genutzt werden könnten, um geschädigte Nervenzellen zu ersetzen.

Lange wurde die Bildung von Neuronen (Nervenzellen) und Blutgefäßen getrennt voneinander betrachtet. Die Forschung der letzten Jahre hat jedoch gezeigt, dass es Signale gibt, die Zellen beider Systeme beeinflussen können. Die immer sensitiveren und spezifischeren Untersuchungsmethoden erlauben es inzwischen, selbst geringe Mengen eines Proteins zu detektieren, das zuvor nicht hätte nachgewiesen werden können.

Nervenzellen benötigen eine Menge Energie und Sauerstoff. Beides erhalten sie über das Blut. Daher ist Nervengewebe in der Regel von einer Vielzahl von Adern durchzogen. Doch was verhindert, dass sich Neuronen und Gefäßzellen bei ihrem Wachstum ins Gehege kommen? Forschende der Universitäten Heidelberg und Bonn haben zusammen mit internationalen Partnern einen Mechanismus identifiziert, der das sicherstellt.

Professorin Rohini Kuner und Professorin Hannah Monyer erhalten jeweils einen mit 2,5 Millionen Euro dotierten ERC Advanced Grant. Die Pharmakologin Rohini Kuner von der Medizinischen Fakultät Heidelberg der Universität Heidelberg erforscht mit ihrem Team Unterschiede in der Schmerzwahrnehmung und damit eine wichtige Grundlage für die Entstehung chronischer Schmerzen.

Das menschliche Gehirn verarbeitet kontinuierlich Sinnesreize, die im Wettstreit um unsere Aufmerksamkeit stehen. Unsere Fähigkeit der Selektion ermöglicht es uns, gezielt Informationen zu verarbeiten und irrelevante Reize zu ignorieren. Auf diese Weise können wir ein uns bekanntes Gesicht in einer großen Menschenmenge wiedererkennen. Doch wie ist das möglich?

Neurodegenerative Erkrankungen - 12.12.2022

Blutbasierte Biomarker erlauben frühzeitige Risikoprognose für Alzheimer

Die meisten Demenzerkrankungen entwickeln sich schleichend und werden erst spät erkannt. Forschende der Universität Heidelberg und des Deutschen Krebsforschungszentrums identifizierten jetzt im Blut das saure Gliafaserprotein (GFAP) als vielversprechenden Biomarker, mit dessen Hilfe das erhöhte Risiko für die Entwicklung einer Alzheimer-Demenz bis zu 17 Jahre vor der Diagnose ermittelt werden kann.

Parkinson ist die zweithäufigste neurodegenerative Erkrankung nach Alzheimer. Sie entsteht, wenn Dopamin-ausschüttende Nervenzellen im Gehirn absterben. Warum und woran diese Neurone zugrunde gehen, ist immer noch unklar. Ein internationales Forschungsteam aus fünf Arbeitsgruppen möchte nun herausfinden, welche Rolle hierbei der neuronale Kalziumstoffwechsel spielt.

Bisher wird Schizophrenie vor allem symptomatisch behandelt, da wenig über die genauen zugrunde liegenden Prozesse bekannt ist. Forschenden des NMI Naturwissenschaftlichen und Medizinischen Instituts in Reutlingen ist es gelungen, die treibenden Mechanismen der Krankheit besser zu verstehen. Das bietet Chancen für die Entwicklung neuer Medikamente. Ihre Ergebnisse haben sie im Journal BMC Psychiatry veröffentlicht.

Krebs der Bauchspeicheldrüse wird durch Verbindungen zum Nervensystem in seinem Wachstum gefördert. Dies berichten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vom Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) und vom Heidelberger Institut für Stammzelltechnologie und Experimentelle Medizin (HI-STEM)*. Dabei entdeckten sie, dass der Tumor die Neuronen gezielt für seine Zwecke umprogrammiert.

Dossier - 01.07.2013

Elektrophysiologie - vom Herzschrittmacher bis zur Wirkstoffforschung

Zahlreiche Prozesse finden im menschlichen Organismus auf der Basis elektrochemischer Vorgänge statt. Mit den zentralen Vorgängen der elektrischen und chemischen Interaktion und Kommunikation zwischen Neuronen oder Muskelzellen beschäftigt sich die Elektrophysiologie. Dazu gehören die Leitung und Verarbeitung von Informationen in den Nerven und die Kontraktion der Muskeln, beispielsweise beim Blutausstoß durch den Herzmuskel.

Bei Schlaganfällen, Schädel-Hirn-Traumata oder einfach beim Älterwerden nimmt weiße Hirnmasse ab – und damit das geistige, motorische und sensorische Vermögen. Wie genau dies passiert, ist bislang nicht hinreichend bekannt. Ein Team um die Ulmer Biochemiker und Molekularmediziner Professor Thomas Wirth und PD Dr. Bernd Baumann hat nun die Rolle des Genregulators NF-κB bei solchen Prozessen untersucht.

Forschende der Medizinischen Fakultät der Universität Freiburg um Prof. Dr. Johannes Letzkus und des Max-Planck-Instituts für Hirnforschung haben entdeckt, dass ein wenig erforschtes Gehirnareal, die „Zone der Ungewissheit“ oder „Zona Incerta“, auf unkonventionelle Weise mit dem Neokortex kommuniziert, um die Gedächtnisbildung schnell zu steuern.

Interferone stellen die erste Verteidigungslinie gegen Virusinfektionen dar und sind gleichzeitig eine wichtige Ursache für den altersbedingten Funktionsverlust von Hirnstammzellen. Wissenschaftlerinnen vom Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) und von der Universität Heidelberg zeigten nun an Mäusen, dass Interferon die Aktivität und Selbsterneuerung der Hirnstammzellen während der gesamten Lebenspanne reguliert.

Eine neue Technik könnte belastungsarme Diagnostik von neuromuskulären Erkrankungen bei Kindern ermöglichen, denn Tübinger Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern ist es gemeinsam mit Forschenden aus der Schweiz und Berlin gelungen, elektrische Muskelaktivität mit bisher nicht bekannter Präzision berührungsfrei zu untersuchen.

Wer im Beruf körperlich schwere Arbeit verrichtet, erkrankt offenbar häufiger an Amyotropher Lateralsklerose (ALS) als zum Beispiel Büroangestellte. Zu diesem Ergebnis kommen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Ulmer Universitätsmedizin. Insgesamt scheint das Aktivitätsniveau Einfluss auf Krankheitsentstehung und -verlauf zu haben.

Rund jeder Zehnte in Deutschland ist von ihr betroffen: Migräne. Ein Drittel der Erkrankten leidet zusätzlich unter vorübergehenden neurologischen Symptomen. Bei ihnen geht zum Beispiel ein Flimmern vor den Augen dem Kopfschmerz voraus, die sogenannte Migräne-Aura.

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert im Rahmen des Emmy-Noether-Programms eine Nachwuchsforschungsgruppe am Universitätsklinikum Tübingen mit insgesamt rund 1,1 Millionen Euro. Unter der Leitung von Dr. Andreas Körner, Oberarzt für Anästhesiologie und Intensivmedizin, erforschen die jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler den Einfluss des neuronalen Guidance Proteins Semaphorin 7A während eines akuten Nierenversagens.

Wissenschaftler der Abteilung Neurophysiologie der Medizinischen Fakultät Mannheim der Universität Heidelberg haben ein flexibles und vielseitiges System entwickelt, das die Erforschung der Gehirnfunktionen in vielseitiger Art und Weise ermöglicht, und durch seine kostengünstige und einfache Implementierung für viele Labore weltweit zugänglich ist. Das FFP-System (Fused Fiber Photometry) ist einfach, flexibel und preiswert. Das innovative Konzept…

Die nicht-invasive Ultraschall-Therapie bringt Tremor-Patientinnen und Patienten eine anhaltende Besserung ihrer Symptome. Derzeit ist sie ausschließlich in Freiburg und somit einmalig in Süddeutschland verfügbar. Die Therapie kann auch bei der Parkinson-Erkrankung und neuropathischen Schmerzen eingesetzt werden.

Aktuelle Forschungen aus dem European Center for Angioscience (ECAS) an der Medizinischen Fakultät Mannheim der Universität Heidelberg belegen erneut, dass Blutgefäße nicht nur passive Transportfunktionen wahrnehmen, indem sie mit dem Blut die Gewebe des Körpers mit Sauerstoff und Nährstoffen versorgen sowie Abbauprodukte abtransportieren. Vielmehr rückt das Gefäßsystem selbst in den Mittelpunkt der Krankheitsentstehung.

Für seine Leistungen in seiner Promotion an der Schnittstelle zwischen Chemie und Biologie wird Jonas Wilhelm mit einer Otto-Hahn-Medaille 2025 der Max-Planck-Gesellschaft ausgezeichnet. Seine Arbeit schrieb er in der Abteilung Chemische Biologie am Max-Planck-Institut für medizinische Forschung in Heidelberg. Er entwickelte ein molekulares Werkzeug, der wie ein Rekorder biologische Aktivitäten auf zellulärer Ebene aufzeichnet und speichert.

Eine Ulmer Studie zur Amyotrophen Lateralsklerose (ALS) hat aufgedeckt, dass der Genregulator SRF (Serum Response Factor) Motoneurone, die für ALS anfällig sind, vor neurodegenerativen Effekten schützt. In einem ALS-Mausmodell, in dem dieser Genregulator deaktiviert war, brach die Krankheit früher aus und schritt schneller voran. Der Genregulator hat also entscheidenden Einfluss auf die Anfälligkeit der Motoneurone für ALS.

Zwei große klinische Studien zu schubförmiger und chronisch fortschreitender MS veröffentlicht / Hoffnung auf Wirkung unabhängig von akuten Entzündungen

Ergebnisse einer internationalen Studie unter Federführung der Universitätsmedizin Mannheim in Nature Aging veröffentlicht. Die sogenannte Einschlusskörpermyositis ist eine chronische, schleichend fortschreitende entzündliche Muskelerkrankung, die auch mit degenerativen Prozessen – mit Muskelschwund – einhergeht. Die Ursachen und Mechanismen, die dem Fortschreiten der Erkrankung zugrunde liegen, sind bislang weitgehend ungeklärt.

Welche Nervenzellen im Gehirn sind an der Entstehung von Angst beteiligt und wie legen sie diesen Schalter um, wenn die Gefahr vorbei ist? Diese Frage interessiert Forschende am Institut für Biomaterialien und Biomolekulare Systeme der Uni Stuttgart. Mit Wissenschaftlern vom Friedrich Miescher Institut in Basel, dem National Institute of Health und der Medizinischen Uni Innsbruck haben sie Ihre Erkenntnisse in Nature und eLife publiziert.

Am 7. März haben das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA und das Technologieunternehmen Q.ANT einen Vertrag zur Gründung des Kompetenz-Zentrums Mensch-Maschine-Schnittstelle unterzeichnet. Ziel der Kooperation ist es, feinste Nervensignale aus Muskelaktivitäten zu detektieren, daraus entstehende Informationen zu interpretieren, um damit Maschinen und Geräte anzusteuern.

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vom Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) und von der ShanghaiTech University haben ein innovatives Verfahren entwickelt, um Hirntumoren individueller Patienten besonders naturnah im Labor nachzubilden. Medikamententests in diesem Modell stimmten sehr gut mit den tatsächlichen Patientenreaktionen überein, was es zu einer wertvollen Methode für die Untersuchung von Therapieansprechen macht.

Dossier - 13.01.2014

Optogenetik An- und Abschalten von Zellaktivität mit Licht

Was für uns noch immer wie Science-Fiction klingt ist längst in greifbare Nähe gerückt Wissenschaftler sind seit einigen Jahren in der Lage mit Lichtimpulsen selektiv die Aktivität von Neuronen zu manipulieren. Wie mit einem Schalter können sie abhängig von der Wellenlänge des Lichtes die Zellen an- und wieder ausknipsen. Die Optogenetik so der Name der Methode ist auf dem Vormarsch. Sie wird bereits in vielen Laboren weltweit eingesetzt und…

Forschende aus Heidelberg, Linz und Tübingen beschreiben in Science einen neuen Mechanismus der Signalweitergabe im Hippocampus, dem Erinnerungszentrum des Gehirns: Reizweiterleitung am Zellkörper vorbei funktioniert trotz Hemmung durch neuronales Netzwerk

Der Attempto-Preis 2022 der Tübinger Attempto-Stiftung geht an Aleksandra Arsić, die am Werner Reichardt Centrum für Integrative Neurowissenschaften (CIN) der Universität Tübingen promoviert. Der mit 5.000 Euro dotierte Attempto-Preis wurde ihr im Rahmen der Mitgliederversammlung des Universitätsbundes am 19. Oktober 2022 in der Neuen Aula in Tübingen überreicht.

Mit einer neuen Kombination aus drei Sensoren und Künstlicher Intelligenz erkennen Forschende der Medizinischen Fakultät Heidelberg der Universität Heidelberg und des Universitätsklinikums Heidelberg Muster in den Bewegungen von Babys, die zeigen, ob das Nervensystem sich gesund entwickelt.

Wissenschaftler/-innen des Universitätsklinikums und der Universität Heidelberg sowie des Deutschen Krebsforschungszentrums haben bei Glioblastomen, den aggressivsten aller Hirntumoren, eine elementar neue Ausbreitungsstrategie entdeckt. Hirntumorzellen imitieren Eigenschaften und Bewegungsmuster von Nervenzellen.

Die Gesundheit von Nervenzellen ist eng mit den sie umgebenden Hilfszellen verbunden. Weitgehend unklar ist, welche Rolle die Gliazellen bei altersbedingten Erkrankungen spielen. Ein Forschungsnetzwerk unter Federführung des Hertie-Instituts für klinische Hirnforschung, dem Deutschen Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen und der Universität Tübingen untersucht nun in menschlichen Gehirngewebekulturen, wie Nervenzellen altern.

Centromere sind DNA-Abschnitte, die häufig im Zentrum der Chromosomen zu finden sind. Die Centromere verschiedener Arten weisen eine enorme Vielfalt auf – und das, obwohl sie bei fast allen Organismen dieselbe wichtige Aufgabe bei der Zellteilung übernehmen. Ein internationales Forschungsteam hat nun entdeckt, dass Centromere auch innerhalb einer einzigen Art erstaunlich unterschiedlich sein können.

Die Blut-Hirn-Schranke schützt das Gehirn vor Schadstoffen – doch zugleich erschwert sie den Zugang für dringend benötigte Therapien. Um diesen komplexen Mechanismus besser zu verstehen und neue Wege für die Medikamentenverabreichung ins Gehirn zu entwickeln, arbeitet ein Forschungsteam der Hochschule Reutlingen an einem innovativen Modell im Labor.