Aktuelle Pressemitteilungen

Uniklinikum Würzburg: Operationsroboter live erleben

Das Uniklinikum Würzburg veranstaltet am Samstag, den 15. Juli 2023 einen öffentlichen Informationstag zur roboterassistierten Chirurgie. Einer der Höhepunkte dabei: An einem Demonstrationsmodell des High-End-Operationsroboter-Systems „Da Vinci“ können die Teilnehmerinnen und Teilnehmer dessen Funktionsweise selbst erproben.

Das Operationsroboter-System „Da Vinci Xi“ verfügt über vier Arme, die von einer Konsole aus hochpräzise gesteuert werden können.
Das Operationsroboter-System „Da Vinci Xi“ verfügt über vier Arme, die von einer Konsole aus hochpräzise gesteuert werden können. Bild: Thomas Schmidt, Uniklinik Würzburg

Das „Da Vinci Xi“ gilt als das derzeit fortschrittlichste auf dem Markt verfügbare Operationsroboter-System. Eines dieser über zwei Millionen Euro teuren Hochtechnologie-Geräte ist seit dem Jahr 2017 im Zentral-Operationssaal des Zentrums für Operative Medizin (ZOM) des Uniklinikums Würzburg (UKW) im Einsatz. „Gerne wollen wir die fantastischen Möglichkeiten und Vorteile dieses Systems der breiten Öffentlichkeit anschaulich machen“, sagt Privatdozent Dr. Sven Flemming, Oberarzt der Chirurgischen Klinik I des UKW. Deshalb veranstaltet das Klinikum am Samstag, den 15. Juli 2023 zwischen 13:30 und 16:30 Uhr den Informationstag „Roboterassistierte Chirurgie“. Im Hörsaal des ZOM an der Oberdürrbacher Straße erläutern dabei Experten des UKW in laienverständlichen Kurzvorträgen die Einsatzfelder der Robotik bei urologischen, kinderurologischen und gynäkologischen Eingriffen sowie bei der operativen Behandlung von Magen-, Speiseröhren- und Dickdarmkrebs. 

Operationsroboter selbst steuern

Neben diesem theoretischen Wissen soll das Operationsroboter-System im wahrsten Sinne des Wortes für die Teilnehmenden auch „begreifbar“ werden. Vor dem Hörsaal, in der Magistrale des ZOM, steht am Infotag in Kooperation mit der Herstellerfirma Intuitive Surgical das Demonstrationsmodell eines „Da Vinci“ für Erläuterungen sowie vor allem zum eigenen Ausprobieren bereit. Unter fachlicher Anleitung können alle Interessierten wie eine Chirurgin oder ein Chirurg an der Steuerkonsole des Systems Platz nehmen und diverse praktische Übungen selbst durchführen.

Anmelden für die kostenlose Veranstaltung kann man sich bei Gabriele Nelkenstock, der Selbsthilfebeauftragten des UKW, unter Tel. 0931 299 850 95 oder E-Mail: selbsthilfe@ ukw.de 

Das detaillierte Programm des Infotages kann abgerufen werden unter www.ukw.de, Rubrik „Veranstaltungskalender.

Über das „Da Vinci Xi“ 

Das Operationsroboter-System „Da Vinci Xi“ kombiniert die Vorteile der minimal-invasiven Chirurgie mit einer hochaufgelösten, dreidimensionalen Visualisierung. Seine vier Arme können – außer mit einer HD-Kamera – mit drei Operationsinstrumenten bestückt werden und verfügen über einen größeren Bewegungsumfang als die menschliche Hand. Während des Eingriffs sitzt die ausführende Ärztin oder der ausführende Arzt an einer dem OP-Tisch benachbarten Konsole und arbeitet mit Joysticks. Mit diesen werden die Fingerbewegungen an die Roboterinstrumente übertragen. Dabei ist ein starkes Verfeinern möglich: Aus großen Handbewegungen an der Konsole werden zugunsten der Präzision kleinste Instrumentenbewegungen im Operationsgebiet. Als weiteren Pluspunkt transferiert das System die Bewegungswünsche zitterfrei auf die Instrumente im Patienten.Auch die Sehkraft der Ärztin oder des Arztes wird optimiert: Die Optik des Xi liefert eine hochaufgelöste, vergrößerte 3D-Sicht auf das Operationsgebiet. 

Das Operationsroboter-System „Da Vinci Xi“ verfügt über vier Arme, die von einer Konsole aus hochpräzise gesteuert werden können.
Das Operationsroboter-System „Da Vinci Xi“ verfügt über vier Arme, die von einer Konsole aus hochpräzise gesteuert werden können. Bild: Thomas Schmidt, Uniklinik Würzburg

Hentschel-Stiftung Würzburg

„Kampf dem Schlaganfall“

Die Hentschel-Stiftung mit Sitz in Würzburg fördert die Schlaganfallforschung, um die Behandlung der Betroffenen zu verbessern. Die Hentschel-Stiftung schreibt hierzu erneut deutschland-weit für eine herausragende Doktorarbeit oder eine hochrangige wissenschaftliche Publikation zum Thema „Schlaganfall“ einer jungen Wissenschaftlerin/eines jungen Wissenschaftlers den

Hentschel-Preis 2023

aus.

Der Preis ist mit 5.000 € dotiert und kann geteilt werden. Der Preis soll an jüngere Wissenschaftler/innen (Altersgrenze 40 Jahre) verliehen werden, die herausragende Leistungen in der Schlaganfallforschung aufzuweisen haben.

Förderungswürdig sind Arbeiten aus der Grundlagenforschung, der klinischen Forschung sowie aus der Versorgungsforschung. Die Arbeit muss in deutscher oder englischer Sprache verfasst sein. Die Preisvergabe erfolgt gemäß einer Entscheidung des Vorstands der Hentschel-Stiftung Würzburg im Rahmen des 8. Würzburger Schlaganfallsymposiums, das am 26.10.2023 stattfinden wird.

Bewerbungen sollten die betreffende Arbeit, einen Lebenslauf mit Lichtbild und ein Schriftenverzeichnis umfassen und in fünffacher Ausfertigung bis zum 01.08.2023 postalisch geschickt werden an:

Prof. Dr. Jens Volkmann

Direktor der Neurologischen Klinik und Poliklinik
Universitätsklinikum Würzburg
Josef-Schneider-Str. 11
D - 97080 Würzburg


Informationen zur Stiftung finden sie unter:

www.hentschel-stiftung.de  

Uniklinikum Würzburg: Fortbildung zur roboterassistierten Chirurgie

Das Uniklinikum Würzburg informiert alle interessierten Medizinerinnen und Mediziner sowie Medizinstudierende bei einer Fortbildung über das Einsatzfeld der Robotik in der Chirurgie. Neben Vorträgen und Diskussion bietet die Veranstaltung am Samstag, den 15. Juli 2023 auch die Chance, an einem Demonstrationsmodell die Funktionsweise des Operationsroboter-Systems „Da Vinci“ selbst zu erproben.

Das Operationsroboter-System „Da Vinci Xi“ verfügt über vier Arme, die von einer Konsole aus hochpräzise gesteuert werden können.
Das Operationsroboter-System „Da Vinci Xi“ verfügt über vier Arme, die von einer Konsole aus hochpräzise gesteuert werden können. Bild: UKW / Andrey Svistunov

Das Interdisziplinäre Zentrum für Robotische Chirurgie des Uniklinikums Würzburg (UKW) lädt alle interessierten Medizinerinnen und Mediziner sowie Medizinstudierende am Samstag, den 15. Juli 2023 zur Fortbildung „Roboterassistierte Chirurgie“ ein. Die Veranstaltung im Zentrum für Operative Medizin (ZOM) an der Oberdürrbacher Straße in Würzburg geht von 10:00 bis 13:00 Uhr. Privatdozent Dr. Sven Flemming, Oberarzt der Chirurgischen Klinik I des UKW, erläutert die Hintergründe: „Die robotische Chirurgie wird mehr und mehr zum Standardverfahren bei vielen Indikationen. Am UKW sind mittlerweile zwei Operationsroboter-Systeme der neuesten Generation im Einsatz, die es uns erlauben, Eingriffe unter optischer Vergrößerung und in brillanter dreidimensionaler Darstellung durchzuführen.“ Nach seinen Worten verbessern die Geräte nicht die Ergonomie für das Operationsteam, sondern erlauben mit ihren speziellen Instrumenten Bewegungen, die in der konventionellen minimalinvasiven Chirurgie nicht möglich sind. „Dies reduziert das operative Trauma und führt schlussendlich zu einem verbesserten Patienten-Outcome“, so PD Dr. Flemming. 

Vorträge zu den Einsatzfeldern

Bei der Fortbildung im Hörsaal des ZOM erläutern Experten des UKW in Kurzvorträgen die Einsatzfelder der Robotik bei urologischen, kinderurologischen und gynäkologischen Eingriffen sowie bei der operativen Behandlung von Magen- und Speiseröhrenkrebs als auch beim kolorektalem Karzinom. Im Anschluss besteht die Möglichkeit, mit den Fachleuten über die Vor- und Nachteile der robotischen Chirurgie zu diskutieren.

Operationsroboter selbst steuern

Neben theoretischem Wissen können bei der Fortbildung auch praktische Eindrücke gewonnen werden. So wird am Veranstaltungstag vor dem Hörsaal, in der Magistrale des ZOM, in Kooperation mit der Herstellerfirma Intuitive Surgical das Demonstrationsmodell eines Da Vinci-Operationsroboter-Systems aufgestellt. Unter fachlicher Anleitung können alle Interessierten an dessen Steuerkonsole Platz nehmen und diverse Funktionen selbst erproben

Anmelden für die kostenlose Veranstaltung kann man sich bei Gabriele Nelkenstock unter Tel. 0931 299 850 95 oder E-Mail: selbsthilfe@ ukw.de  

Das detaillierte Programm der Fortbildung kann abgerufen werden unter www.ukw.de/chirurgie1.  

Das Operationsroboter-System „Da Vinci Xi“ verfügt über vier Arme, die von einer Konsole aus hochpräzise gesteuert werden können.
Das Operationsroboter-System „Da Vinci Xi“ verfügt über vier Arme, die von einer Konsole aus hochpräzise gesteuert werden können. Bild: UKW / Andrey Svistunov

Kleine Unterschiede mit großer Wirkung

Wie unsere Gene die Immunantwort auf Krankheitserreger bestimmen, hängt von kleinsten Unterschieden im Erbgut ab. Die Situation ist komplex, wie eine neue Studie zeigt.

Analyse von RNA-Sequenzierungsdaten von Immunzellen (Monozyten) von 215 gesunden Testpersonen.
Analyse von RNA-Sequenzierungsdaten von Immunzellen (Monozyten) von 215 gesunden Testpersonen. Jeder Punkt steht für die transkriptionelle Antwort eines Individuums in unstimulierten Monozyten (Ctrl) und nach Exposition gegenüber verschiedenen Erregern (Pilz: Aspergillus fumigatus (Af); Bakterien: Neisseria meningitidis (Nm) bzw. Staphylococcus aureus (Sa)) für drei und sechs Stunden. Die Farben geben den Stimulus und den Zeitpunkt an. (Bild: Sascha Schäuble / Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie (Leibniz-HKI, Jena))

Nicht alle Menschen reagieren gleich auf denselben Infektionserreger: Manche erkranken sehr schwer, andere nur leicht, wieder andere womöglich gar nicht.

Für diese Variabilität gibt es viele verschiedene Ursachen. Ein wichtiger Grund ist, dass sich das Erbgut verschiedener Menschen voneinander unterscheidet. So können zum Beispiel im Genom einzelne Bausteine ausgetauscht sein – Fachleute sprechen in diesem Fall von Einzelnukleotid-Polymorphismen (single nucleotide polymorphisms, SNPs).

Wie beeinflussen solche kleinsten genetischen Unterschiede zwischen verschiedenen Menschen die Aktivierung des Immunsystems? Das haben Forschende aus Jena, Marburg und Würzburg in einer neuen Studie analysiert, die in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht ist.

Die Federführung der Studie lag bei den Professoren Oliver Kurzai (Universität Würzburg / Leibniz-HKI) und Johannes Schumacher (Universität Marburg). Erstautor:innen sind Antje Häder und Dr. Sascha Schäuble, beide vom Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie (Leibniz-HKI). Oliver Kurzai leitet am Leibniz-HKI eine Forschungsgruppe sowie das Nationale Referenzzentrum für Invasive Pilzinfektionen.

Mindestens 745 reQTLs in Monozyten gefunden

SNPs, die in Abhängigkeit von Bakterien oder Pilzen die Antwort der Zelle beeinflussen, nennt man reQTLs (response expression quantitative trait loci, reQTLs). Alleine in einem bestimmten Typus von Immunzellen, den Monozyten, identifizierte das Forschungsteam bei 215 Testpersonen mindestens 745 reQTLs, die die Aktivierung dieser Zellen beeinflussen, nachdem diese Kontakt mit Bakterien oder Pilzen hatten.

Der Einfluss ist komplex und variiert je nach Erreger. Einige reQTLs beeinflussen eher die Antwort auf bakterielle Erreger, andere eher die Antwort auf den Schimmelpilz Aspergillus fumigatus. Unter den aktivierten Genen, die durch reQTLs reguliert werden, sind insbesondere auch Gene, die zentrale immunlogische Zellfunktionen steuern. Die in der Studie gefundenen reQTLs könnten auch mit anderen Erkrankungen in Zusammenhang stehen, wie Krebs, Autoimmunität, Entzündungs- und Infektionskrankheiten.

Basiswissen für eine personalisierte Infektionsmedizin

„Unsere Studie leistet einen wichtigen Beitrag, um besser zu verstehen, wie der genetische Hintergrund einer Patientin oder eines Patienten die Auseinandersetzung mit Infektionserregern beeinflusst“, sagt Professor Oliver Kurzai. „Darüber müssen wir noch viel mehr lernen, wenn wir bei der Behandlung von Infektionskrankheiten einmal zu einer personalisierten Medizin kommen wollen, wie sie in der Krebstherapie schon länger etabliert ist – also zu einer Behandlung, die individuell auf jeden einzelnen Patienten und jede einzelne Patientin abgestimmt ist.“

Doch die neuen Daten zeigen auch, wie kompliziert eine klinische Umsetzung sein wird: „Für jeden Erreger scheint es andere genetische Marker zu geben, die die Immunantwort des Menschen regulieren – es bleibt also noch viel zu tun!“

Publikation

Häder, A., Schäuble, S., Gehlen, J. et al. Pathogen-specific innate immune response patterns are distinctly affected by genetic diversity. Nature Communications 14, 3239 (2023). Open Access: https://doi.org/10.1038/s41467-023-38994-5 

Kontakt

Prof. Dr. Oliver Kurzai, Institut für Hygiene und Mikrobiologie, Universität Würzburg, T +49 931 31-46160, oliver.kurzai@ uni-wuerzburg.de 

Prof. Dr. Johannes Schumacher, Institut für Humangenetik, Universität Marburg, T +49 6421 58-66232, johannes.schumacher@ uni-marburg.de 

 

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Analyse von RNA-Sequenzierungsdaten von Immunzellen (Monozyten) von 215 gesunden Testpersonen.
Analyse von RNA-Sequenzierungsdaten von Immunzellen (Monozyten) von 215 gesunden Testpersonen. Jeder Punkt steht für die transkriptionelle Antwort eines Individuums in unstimulierten Monozyten (Ctrl) und nach Exposition gegenüber verschiedenen Erregern (Pilz: Aspergillus fumigatus (Af); Bakterien: Neisseria meningitidis (Nm) bzw. Staphylococcus aureus (Sa)) für drei und sechs Stunden. Die Farben geben den Stimulus und den Zeitpunkt an. (Bild: Sascha Schäuble / Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie (Leibniz-HKI, Jena))

Medizinische Fakultäten diskutieren Zukunftsweichen

Führungskräfte aus Wissenschaft, Politik, Wirtschaft und Medien haben auf dem Medizinischen Fakultätentag in Jena die Gestaltung des Wandels für Forschung, Lehre und Patientenversorgung in der Hochschulmedizin diskutiert.

Der Würzburger Professor Matthias Frosch ist seit Juli 2019 Präsident des Medizinischen Fakultätentages.
Der Würzburger Professor Matthias Frosch ist seit Juli 2019 Präsident des Medizinischen Fakultätentages. (Bild: Medizinischer Fakultätentag / Regina Sablotny)

Im Zentrum der Diskussionen stand unter anderem die Frage nach dem Verhältnis zwischen Zusammenarbeit und Wettbewerb in der Gesundheitsforschung. „Kooperation und Konkurrenz sind in der Forschung untrennbar miteinander verknüpft“, so Professor Matthias Frosch, Präsident des Medizinischen Fakultätentages (MFT) und Dekan der Medizinischen Fakultät der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU). „Kooperationsfähigkeit ist ein wichtiges Wettbewerbskriterium.“

Als Best-Practice Beispiele für kooperative Infrastrukturen in der Gesundheitsforschung nannte Matthias Frosch die vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Projekte Netzwerk Universitätsmedizin, Medizininformatik-Initiative oder auch die Nationalen Zentren für Tumorerkrankungen.

Verlässliche Finanzierung erforderlich

Für diese Infrastrukturen sei es allerdings, so Matthias Frosch, „essentiell, dass sie partizipativ und integrativ, das heißt für alle Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler offen sind. Die Strukturen müssen langfristig verlässlich zur Verfügung stehen und so tragfähige Plattformen für einen chancengleichen Wettbewerb der Ideen bilden. Dies setzt Verstetigung mit einer verlässlichen Finanzierung jenseits der reinen Projektförderung ebenso voraus wie eine Governance, die der Kreativität der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler keine Grenzen setzt und Offenheit für neue Entwicklungen und Innovationen ermöglicht.“

Ein weiteres Schwerpunktthema war die Reform der Krankenhausstrukturen und -finanzierung sowie, damit einhergehend, die Weiterentwicklung des Medizinstudiums. Beide Bereiche, so wurde einstimmig hervorgehoben, stehen vor einem großen Wandel, der vielfältige Herausforderungen mit sich bringt.

Vernetzung der Versorgung

Der MFT und der Verband der Universitätsklinika Deutschlands betonten ihre Forderung, die Krankenhausreform politisch voranzubringen. Ziel sei die Sicherstellung der Versorgungsqualität vor dem Hintergrund eines bereits heute deutlich spürbaren und sich zukünftig noch verstärkenden Fachkräftemangels. Dies könne nur durch eine stärkere und sektorenbergreifende Vernetzung der Versorgung erreicht werden, in der die Universitätsmedizin eine koordinierende Aufgabe übernehmen muss.

In den potentiellen Auswirkungen der Reform auf die universitäre Lehre gelte es, eine Balance zwischen praxisnaher und theoretischer Ausbildung und die Sicherung der Qualität unter Einbindung einer Vielzahl von Akteuren besonders zu berücksichtigen.

Weiterentwicklung des Studiums

Die Fakultäten erzielten Einigkeit in der Frage, dass es eine wichtige Zukunftsaufgabe sei, die Studierenden auf den Wandel im Gesundheitswesen vorzubereiten. Vor allem die stärkere Ausrichtung der medizinischen Ausbildung auf ärztliche Kompetenzen stand im Mittelpunkt der Diskussionen.

Entscheidend für die Weiterentwicklung des Studiums sei die Novellierung der Ärztlichen Approbationsordnung, die bislang durch offene Finanzierungsfragen zwischen Bund und Ländern gebremst werde. Konsequent sei in diesem Zusammenhang die Feststellung des Bundesministeriums für Gesundheit, dass eine Steigerung der Ausbildungsqualität automatisch zu Mehrkosten führen muss und dass die Nationalen Kompetenzbasierten Lernzielkataloge Human- und Zahnmedizin in der Reform Verbindlichkeit erlangen sollen.

„Der MFT unterstützt das Gesundheitsministerium aktiv bei der inhaltlichen Ausgestaltung dieser Reform. Es braucht aber dringend eine Entscheidung von Bund und Ländern über eine adäquate Finanzierung, die die Fakultäten in die Lage versetzt, die Reformen auch zielführend umzusetzen“, so Matthias Frosch.

Bei der Diskussion um staatliche und private Medizinstudiengänge in Deutschland wurde das breite Spektrum der Qualität dieser Angebote deutlich. Die Länder wurden an ihre Verantwortung bei deren Aufsicht erinnert. Insbesondere bei Angeboten nach ausländischem Recht gilt es, regulatorische Lücken zu schließen.

Der Medizinische Fakultätentag

Der Medizinische Fakultätentag ist der Dachverband der Medizinischen Ausbildungs - und Forschungsstätten Deutschlands. Sie verantworten in über 70 verschiedenen Studiengängen die Ausbildung von rund 100.000 Studierenden der Human- und Zahnmedizin sowie der Gesundheitswissenschaften. Gemeinsam mit dem Verband der Universitätsklinika (VUD) vertritt der MFT die Deutsche Hochschulmedizin. Seit 1913 fungiert der MFT als Forum für ergebnisorientierte Diskussionen im Bereich medizinische Forschung und Medizinstudium.

Kontakt

Dr. Christiane Weidenfeld, MFT Medizinischer Fakultätentag, Leiterin der Kommunikation, E-Mail: weidenfeld@ mft-online.de 

 

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Der Würzburger Professor Matthias Frosch ist seit Juli 2019 Präsident des Medizinischen Fakultätentages.
Der Würzburger Professor Matthias Frosch ist seit Juli 2019 Präsident des Medizinischen Fakultätentages. (Bild: Medizinischer Fakultätentag / Regina Sablotny)

Erfolg für Krebsforscher

Große Anerkennung für den translationalen Krebsforscher Dr. Markus Diefenbacher: Er wurde als Associated Editor des Fachjournals Oncogene nominiert.

Der Würzburger Krebsforscher Dr. Markus Diefenbacher.
Der Würzburger Krebsforscher Dr. Markus Diefenbacher. (Bild: Benedikt Knüttel, BKfotofilm)

Dr. Markus Diefenbacher ist Gruppenleiter am Mildred-Scheel-Nachwuchszentrum für Krebsforschung (MSNZ) der Universität Würzburg und des Universitätsklinikums Würzburg. Mit Wirkung vom 1. Juni 2023 wurde er als Associated Editor des Fachjournals Oncogene der Nature Publishing Group nominiert.

Als einziger deutscher Wissenschaftler wird Diefenbacher in den kommenden drei Jahren das renommierte Journal vertreten. Die Ernennung kommt einer Auszeichnung für seine Forschungsarbeiten über den Einfluss des Ubiquitin-Systems auf die Tumorentwicklung gleich.

„Oncogene hat sich einen ausgezeichneten Ruf in der Tumorforschung erworben, und ich fühle mich geehrt, als Associated Editor Teil dieses renommierten Journals zu sein“, sagt der Würzburger Wissenschaftler. Die Fachzeitschrift ist eine der weltweit führenden Publikationen für Krebsforschung. Sie fokussiert sich auf die zelluläre und molekulare Biologie von Krebs, die Resistenz gegen Krebstherapien und die Entwicklung von neuen Ansätzen zur Verbesserung der Überlebenschancen.

Die Tätigkeit als Associated Editor

In seiner Funktion als Associated Editor tritt Markus Diefenbacher als Botschafter des Journals auf. Er evaluiert Manuskripte und benennt Gutachterinnen und Gutachter für die Evaluierung nach dem Peer-Review Prinzip. Zudem gestaltet er aktiv die Ausrichtung und Schwerpunktsetzung des Journals mit.

„Die Wahl von Markus Diefenbacher durch Oncogene zeigt, dass er und das Thema seiner Arbeiten international wahrgenommen und als relevant für die onkologische Forschung eingeschätzt werden. Die Ernennung ist ein persönlicher Erfolg für ihn, aber auch für das MSNZ-Programm der Deutschen Krebshilfe, das sich die Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses in der Onkologie auf die Fahnen geschrieben hat“, freut sich Dr. Martin Czolbe, wissenschaftlicher Koordinator des MSNZ.

Werdegang des Wissenschaftlers

Markus Diefenbacher, ein gebürtiger Karlsruher, promovierte im Fach Genetik am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Auf das Thema Tumorforschung spezialisierte er sich während seiner Arbeiten als Postdoc am Cancer Research UK London Research Institut (CRUK-LRI) und am The Francis Crick Institute London.

Seit seinem Wechsel nach Würzburg 2015 hat seine Arbeitsgruppe internationales Renommee für die Entwicklung von neuen translationalen in-vivo-Modellen sowie von Organoiden erworben, die als präklinische Testplattformen zur Erprobung neuer Therapeutika Verwendung finden.

Quelle: https://www.nature.com/onc/editors 

Kontakt

Dr. Markus Diefenbacher, Mildred-Scheel-Nachwuchszentrum für Krebsforschung (MSNZ) Würzburg, T +49 931 31-88167, markus.diefenbacher@ uni-wuerzburg.de 

Webseite Dr. Markus Diefenbacher: www.diefenbacher-lab.com 

 

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Der Würzburger Krebsforscher Dr. Markus Diefenbacher.
Der Würzburger Krebsforscher Dr. Markus Diefenbacher. (Bild: Benedikt Knüttel, BKfotofilm)

Corona braucht nur einen Türöffner

Warum kann sich das Coronavirus SARS-CoV-2 so effizient verbreiten? Dazu gibt es in der Wissenschaft viele Hypothesen. Eine Würzburger Forschungsgruppe hat nun einige offene Fragen beantwortet.

Coronaviren (runde Partikel) mit Spike-Proteinen (cyan) infizieren eine Wirtszelle, die vereinzelt ACE-2-Rezeptoren (rosa) trägt.
Coronaviren (runde Partikel) mit Spike-Proteinen (cyan) infizieren eine Wirtszelle, die vereinzelt ACE-2-Rezeptoren (rosa) trägt. Nach der Bindung verschmelzen die Membranen und setzen virale Bestandteile (violett) frei. (Bild: RVZ)

In Europa ist die im Jahr 2020 vom Coronavirus SARS-CoV-2 ausgelöste Pandemie inzwischen weitgehend unter Kontrolle. Doch warum sich dieses Virus so effizient ausbreiten kann, ist immer noch unklar. Ein Forschungsteam um Simone Backes, Gerti Beliu und Markus Sauer  der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) hat nun in einer Veröffentlichung in der „Angewandte Chemie“ gezeigt, dass einige bisherige Annahmen neu überdacht werden müssen.

So bindet das Virus nicht mit mehreren Oberflächenproteinen gleichzeitig an mehrere Rezeptoren der zu infizierenden Zelle. Diese Vermutung war bislang ein Erklärungsversuch, wie die Viren ihre Infektiosität erhöhen. Die Bindung an einen einzelnen Rezeptor führt auch nicht dazu, dass in der Folge weitere Rezeptoren an das Virus andocken. Die Würzburger Forschungsgruppe lieferte nun den Beweis, dass ein einziges Virus an einen einzigen Rezeptor bindet und so die Tür für eine hoch effiziente Infektion öffnet.

Worüber bisher nur spekuliert werden konnte

SARS-CoV-2 trägt durchschnittlich 20 - 40 stachelähnliche Spike-Proteine auf seiner Oberfläche. Mit diesen bindet es sich an ACE2-Rezeptoren in der Membran seiner Zielzellen, zum Beispiel in der Nase und im Rachen des Menschen. Werden diese Rezeptoren mit Antikörpern blockiert, kann die Zelle nicht mehr infiziert werden. „Dies legt nahe, dass die Bindung des Virus an den ACE2-Rezeptor der entscheidende Schritt der Infektion ist“, erklärt Sauer.

Die ACE2-Rezeptoren und ihre Interaktion mit den viralen Spike-Proteinen mikroskopisch sichtbar zu machen, war bisher nicht möglich. Daher blieb Vieles der Spekulation überlassen – etwa die Frage, ob die Viren mit mehreren Spikes an mehrere Rezeptoren binden, um den Eintritt in die Zelle zu erleichtern.

Es wurde auch für wahrscheinlich gehalten, dass die Rezeptoren in der Membran nicht einzeln, sondern paarweise oder in Dreiergruppen vorliegen, um somit effizienter an die trimerischen Spike-Proteine zu binden. Oder dass sie erst nach der Bindung an ein Spike-Protein zu solchen Gruppen zusammengeführt werden. Beides hängt stark von der Dichte der ACE2-Rezeptoren in der Membran ab.

Super-Resolution-Mikroskopie brachte Durchblick

Hier wollten die Würzburger Forschenden Klarheit schaffen: Sie markierten Antikörper mit Farbstoffen, um die Rezeptoren sichtbar und zählbar zu machen. Dazu nutzen sie verschiedene Zelllinien, die als Modellsysteme für die SARS-CoV-Infektion verwendet werden, und die in der Arbeitsgruppe von Markus Sauer entwickelte einzelmolekülempfindliche Super-Resolution-Mikroskopie-Methode dSTORM.

Es zeigte sich, dass zum Beispiel Vero-Zellen, die oft als Modell für eine Infektion mit SARS-CoV-2 verwendet werden, nur einen bis zwei ACE2-Rezeptoren pro Quadratmikrometer Zellmembran aufweisen. Das ist sehr wenig: „Bei anderen Membranrezeptoren liegt diese Zahl oftmals zwischen 30 und 80“, so Sauer weiter.

„Der mittlere Abstand zwischen benachbarten ACE2-Rezeptoren beträgt circa 500 Nanometer. Er ist damit wesentlich größer als ein Viruspartikel, das nur 100 Nanometer durchmisst“, sagt Backes. Die Vorstellung, dass ein Viruspartikel mit mehreren Spike-Proteinen gleichzeitig an mehrere Rezeptoren binden kann, sei daher sehr unwahrscheinlich, fügt sie hinzu.

ACE2-Rezeptoren sind immer einzeln

Die nächste offene Frage: Liegen die Rezeptoren auch als Paare oder Dreiergruppen in der Membran vor? „Nein. Sie kommen dort ausschließlich einzeln vor. Und das bleibt auch so, wenn ein virales Spike-Protein an sie gebunden hat“, sagt Beliu, Gruppenleiter am Rudolf-Virchow-Zentrum. Für eine Infektion reiche es aus, wenn ein einziger Spike an einen einzigen Rezeptor bindet.

Mit diesen Ergebnissen konnte das JMU-Team viele ursprünglich aufgestellten Hypothesen zur Interaktion viraler Partikel mit mehreren ACE2-Rezeptoren widerlegen. Es zeigte auch, dass Wirtszellen mit einer höheren ACE2-Expression erwartungsgemäß leichter infiziert werden. Aber auch die Lipidzusammensetzung der Membran und weitere Faktoren beeinflussen die Infektionseffizienz.

Das JMU-Team will möglichst viel Detailwissen über den Zelleintrittsmechanismus von Coronaviren sammeln, um den Infektionsvorgang besser zu verstehen. Dies könnte letztlich zu einer besseren Prävention und zur Entwicklung besserer Medikamente gegen COVID-19 beitragen. Als nächstes wollen die Würzburger Forscher den Eintrittsmechanismus mit hochauflösender Lichtblatt-Mikroskopie analysieren.

Förderung

Die beschriebenen Arbeiten wurden vom Europäischen Forschungsrat, der Deutschen Forschungsgemeinschaft und dem Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert.

Publikation

Coronaviruses Use ACE2 Monomers as Entry-Receptors. Patrick Eiring, Teresa Klein, Simone Backes, Marcel Streit, Marvin Jungblut, Sören Doose, Gerti Beliu, Markus Sauer, Angewandte Chemie International Edition, e202300821, 27. März 2023, https://doi.org/10.1002/anie.202300821  

Kontakt

Prof. Dr. Markus Sauer, Rudolf Virchow Center - Center for Integrative and Translational Bioimaging und Lehrstuhl für Biotechnologie und Biophysik, Biozentrum, University Würzburg, Germany +49 931 31-88687, m.sauer@ uni-wuerzburg.de

Dr. Gerti Beliu, Rudolf Virchow Center - Center for Integrative and Translational Bioimaging, University Würzburg, Germany, +49 931 31-89733, gerti.beliu@uni-wuerzburg.de Dr. Simone Backes, Institute for Virology and Immunbiology, University Würzburg, simone.backes@ uni-wuerzburg.de

Dr. Daniela Diefenbacher, Pressestelle, Rudolf Virchow Center - Center for Integrative and Translational Bioimaging, University Würzburg, +49 931 31-88631, daniela.diefenbacher@ uni-wuerzburg.de 

 

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Coronaviren (runde Partikel) mit Spike-Proteinen (cyan) infizieren eine Wirtszelle, die vereinzelt ACE-2-Rezeptoren (rosa) trägt.
Coronaviren (runde Partikel) mit Spike-Proteinen (cyan) infizieren eine Wirtszelle, die vereinzelt ACE-2-Rezeptoren (rosa) trägt. Nach der Bindung verschmelzen die Membranen und setzen virale Bestandteile (violett) frei. (Bild: RVZ)