Forschungsschwerpunkte*

Nobelpreis für Physiologie oder Medizin 2017 · Chronobiologie

Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash und Michael W. Young. Die US-Wissenschaftler wurden für ihre Entdeckungen, welche Mechanismen die zirkadianen Rhythmen bzw. unsere inneren Uhren steuern, ausgezeichnet. Sie haben damit das Fundament des boomenden Forschungsfeldes Chronobiologie gelegt. Denn wenn die innere Uhr nicht richtig funktioniert, hat dies gesundheitliche Folgen.

Die MedTec hat bereits im Jahr 2015 mit der Erforschung des Einflusses der MBST Kernspinresonanz-Technologie auf die inneren Uhren von Zellen begonnen und konnte parallel zur Verleihung des Nobelpreises erste Forschungsergebnisse veröffentlichen, welche zeigen, dass die MBST Kernspinresonanz-Therapie die inneren Uhren beeinflussen kann.

Der Nobelpreis für Medizin oder Physiologie 2019 · Hypoxie·

Prof. Dr. William G. Kaelin (Universität Harvard, USA), Prof. Dr. Gregg L. Semenza (Johns Hopkins University, USA) und Prof. Dr. Peter J. Ratcliffe (Universität Oxford, Großbritannien). Sie erhielten 2019 den Nobelpreis, da sie die molekularen Mechanismen identifizierten, welche die Aktivität von Genen als Reaktion auf unterschiedliche Sauerstoffwerte regulieren.

Die MedTec hat in diesem Bereich bereits vor Jahren mit der Erforschung des Einflusses der MBST Kernspinresonanz-Technologie auf die zelluläre Hypoxie begonnen und hat bereits mehrere Forschungsergebnisse veröffentlicht, welche zeigen, dass die MBST Kernspinresonanz-Therapie die zelluläre Antwort auf Sauerstoffmangel beeinflussen kann. Ziel dieser Forschung ist herauszufinden, wie sich unterschiedliche Sauerstoffwerte auf physiologische Prozesse in unserem Körper auswirken, da diese eine enorme Auswirkung auf viele Vorgänge, von der Heilung einer Verletzung bis zum Schutz vor Krankheiten, haben.

MBST Forschungsschwerpunkte und Kompetenzfelder

Chronobiologie · Zelluläre zirkadiane Rhythmen

Für die Synchronisation vieler physiologischer Prozesse miteinander und mit bestimmten Tages- und Nachtzeiten ist unser hierarchisch strukturiertes zirkadianes System verantwortlich. Jedes Säugetier stimmt seine innere Uhr mit dem Tagesrhythmus ab. Taktgeber ist das Tageslicht. Damit synchronisieren Säugetiere, wie lange sie ruhen und wie lange sie aktiv sind. Der wichtigste Zeitgeber des zirkadianen Systems ist der tägliche Kreislauf von Licht und Dunkelheit.

SCN · Der zentrale Schrittmacher

Die Hauptuhr unseres zirkadianen Systems sitzt genau über der Kreuzung der beiden Sehnerven in einer Gruppe von Neuronen im vorderen Hypothalamus. Hier residiert der Superchiasmatische Nucleus (SCN). Die Synchronisation der SCN-Uhr mit dem Tag-Nacht-Rhythmus erfolgt mithilfe von spezialisierten, lichtsensitiven Ganglionzellen der inneren Retina. Der SCN schaltet dann durch Nervensignale und Hormone verschiedene Gene im Tagesrhythmus an und ab und gibt so als Schrittmacher den Rhythmus für alle anderen Uhren im zirkadianen System an.

Die lokalen inneren Taktgeber

Neben dem SCN existieren noch genetische Uhrwerke in Geweben und Organen – die sogenannten peripheren Uhren oder Oszillatoren. Als innere Taktgeber dienen dabei Uhrengene in den Zellen, die mit dem zentralen Taktgeber im Gehirn synchronisiert sind.

Die Uhrengene und Proteine regulieren sich gegenseitig und erzeugen so ein molekulares Zeitsignal im zirkadianen Rhythmus. Gerät das zirkadiane System wie beim Jetlag außer Takt, passen sich die verschiedenen Uhrengene unterschiedlich schnell an. Als Folge sind dann zahlreiche physiologische Vorgänge nicht mehr koordiniert.

MBST Forschungziele bei der zirkadianen Uhr

Forschungsziel ist unter anderem die Untersuchung der Wechselwirkung der Zirkadianen Uhr mit dem Hypoxie-Signalweg, da Sauerstoffmangel die Oszillationsamplitude der inneren Uhr sowohl auf physiologischer als auch auf molekularer Ebene dämpft.

Gewebehypoxie · Störung der Gewebeatmung

Forschungsziel ist es, mehr Erkenntnisse über die Reaktionen des menschlichen Körpers auf hypoxische Reize zu erlangen, um die damit verbundenen negativen Folgen einer Störung der Sauerstoffverwertung auf zellulärer Ebene zu vermeiden sowie positive Aspekte zu nutzen. Wenn hypoxische Areale in den Zellen auftreten, kann dies komplexe physiologische und pathophysiologische Stoffwechselreaktionen verursachen. Die physiologische Antwort auf hypoxische Bedingungen im Gewebe wird durch die Aktivierung der Hypoxie-induzierten Faktoren (HIF) koordiniert.

Sauerstoff liefert unseren Zellen den Brennstoff für ihre Energiegewinnung. In den Mitochondrien wird er benötigt, um die energiereichen Komponenten der Nahrung in eine für die Zellen verwertbare chemische Energie in Form des Moleküls ATP umzuwandeln. Verschiedene Gewebe müssen diesen Prozess auch bei schwankender oder geringer Sauerstoffzufuhr aufrechterhalten können.

Avaskularität von Knorpelgewebe

Der hyaline, gesunde Gelenkknorpel ist aufgrund seiner Avaskularität hypoxisch, mit von der Oberfläche zu tieferen Schichten hin abnehmenden Sauerstoffgradienten. Im gesunden Gelenkknorpel liegt in den tieferen Schichten ein äußerst niedriger Sauerstoffgehalt mit Werten von lediglich einem Prozent vor (Silver, I. A.: Measurement of ph and ionic composition of pericellular sites. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B. Sci. 1975; 271(912): 261–272).

Die dadurch vorherrschende Hypoxie stellt hohe Ansprüche an den Stoffwechsel der Chondrozyten, wobei der Transkriptionsfaktor HIF-1α eine wichtige Rolle für die zellulären Anpassungsprozesse spielt. Zudem unterstützt HIF-1α auch die Expression einiger knorpelspezifischer Gene. HIF-1α hat eine Schlüsselrolle für das Überleben der Chondrozyten im hypoxischen Gelenknorpel und die Aufrechterhaltung der Gelenkintegrität.

MBST Forschungziele bei der Gewebehypoxie

Ein Ziel der Forschung soll klären, ob ein Zusammenhang zwischen Gewebehypoxie, der Stabilität bzw. der transkriptionellen Aktivität von HIF-1α und der Arthroseentstehung besteht.