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Ultrakurze Pulse im Elektronenmikroskop

Göttinger Forscher entwickeln Methode zur Messung des Quantenzustands freier Elektronen

Fotografiert man eine Person, die sich zu schnell bewegt, erscheint sie auf dem Foto unscharf. Da helfen nur eine kürzere Belichtungszeit oder ein Blitz. Dieser verkürzt das Zeitintervall, in dem viel Licht auf den Kamerachip fällt, so stark, dass die Person in der Bewegung eingefroren erscheint. Nach dem gleichen Prinzip funktionieren ultraschnelle Elektronenmikroskope: Hier übernehmen sehr kurze Elektronenpulse die Rolle des Blitzes beim Fotografieren. Forschern der Universität Göttingen ist es nun gelungen, Elektronenblitze zu formen und zu messen, die kürzer als ein einzelner Lichtzyklus sind. Ihre Ergebnisse präsentieren sie in der Fachzeitschrift Nature Photonics.

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Hirnsignale für Wirkstoff-Screening

Sabine Goldhahn

Ein internationales Team unter Leitung von ETH-Forschenden hat eine Technik entwickelt, um den Effekt von Wirkstoffen am Gehirn mithilfe von elektrischen Hirnsignalen genauer zu beurteilen. Das könnte besonders in der frühen Entwicklungsphase von Medikamenten gegen Epilepsie von Nutzen sein.

Für Hirnkrankheiten gibt es noch immer vergleichsweise wenige Therapien. Das liegt unter anderem an der schwierigen Entwicklung neuer Medikamente, denn die Wirkungen und Nebenwirkungen einer Substanz am Gehirn lassen sich nicht so einfach nachweisen. Standard in der Medikamentenforschung sind Verhaltensstudien an Nagetieren. Dabei geben Forschende den Tieren einen neuen Wirkstoff und dokumentieren deren Verhaltensmuster. Diese Studien sind wichtig, doch bei der Suche nach neuen Wirkstoffen im Hochdurchsatz-Screening sind sie ungeeignet. Bei diesem Verfahren, das unter anderem in der Pharmaindustrie zum Einsatz kommt, werden Zehntausende Substanzen parallel getestet. Das ist mit Verhaltensbeobachtungen an Nagetieren nicht möglich.
Mehmet Fatih Yanik, Professor am Labor für Neurotechnologie, hat deshalb mit einer internationalen Arbeitsgruppe ein neues Testmodell entwickelt. Damit kann man die Wirkungen und Nebenwirkungen von mehreren Substanzen gleichzeitig und in grosser Zahl untersuchen. Die Forscher berichten darüber in der Fachzeitschrift Nature Communications.

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Vollautomatisierter Virusnachweis in der Blutspende

Blutspenden sind ein wichtiger Bestandteil der modernen Hochleistungsmedizin und Medikamentenproduktion. Dies führt zu besonderen Anforderungen an die Qualität der Blutkonserve als lebensrettenden Rohstoff. Forscher am Fraunhofer IPA haben zusammen mit einem Hersteller von Produkten zur Blutanalytik einen Hochdurchsatz-Vollautomaten für die sensitive Virusanalytik entwickelt.

Blut spenden kann Leben retten – allerdings nur, wenn das Blut keine gefährlichen Krankheitserreger enthält. In den Blutspendezentren werden daher alle Spenden auf eine Vielzahl von Viren untersucht, darunter HIV und Hepatitis. Ein ziemlicher Aufwand: «Die Mitarbeiter im Labor müssen täglich tausende von Proben testen. Hier kann Automatisierungstechnik Zeit und Kosten sparen», erklärt Matthias Freundel von der Abteilung Laborautomatisierung und Bioproduktionstechnik am Fraunhofer IPA.
Zusammen mit der Gesellschaft zur Forschung, Entwicklung und Distribution von Diagnostika im Blutspendewesen mbH (GFE Blut), einer Gesellschaft des Deutschen Roten Kreuzes, hat sein Team die nächste Generation eines Analysevollautomaten für das Blutscreening entwickelt.
Herzstück der Anlage ist das von den IPA-Forschern neu entwickelte Extraktionsmodul. Dieses isoliert virale DNA oder RNA mit Hilfe von Silika-Partikeln aus dem Blutplasma. Die aus den Viren freigesetzten Nukleinsäuren werden an der Oberfläche der Partikel gebunden und von sonstigen Plasmabestandteilen getrennt. Nach dem Auswaschen von Verunreinigungen und Ablösen von den Partikeln, stehen die gereinigten und angereicherten Nukleinsäuren für die hochsensitive Analytik zur Verfügung.

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Nano-Sensor misst Faserspannung

Simone Ulmer

Mit Hilfe von Simulationen gelang es einem Forscherteam unter Leitung von ETH-Professorin Viola Vogel ein fadenförmiges Peptid zu entwickeln, das den Spannungszustand von Gewebefasern erkennen kann. Das ebnet nun den Weg für komplett neue Forschungsgansätze in der Medizin und Pharmakologie.

Bakterien können mit Hilfe eines «Nano-Klebers» an Gewebefasern anheften. Wie sie das tun, erforschte Viola Vogel, Professorin für Angewandte Mechanobiologie, vor wenigen Jahren mit Hilfe von Computersimulationen am CSCS. Die Forscher simulierten, wie der bakterielle Nano-Kleber – ein Peptidfaden, bestückt mit mehreren aneinandergereihten Bindungsstellen – an sogenannte Fibronektinfasern anhaftet. Diese Bindegewebefasern sind in Wunden durchtrennt. Sie sind Teil des fibrösen Netzwerks, in welche die Zellen eingebettet sind.

Bakterium erkennt Spannung

Zellen ziehen fortlaufend an intakten Fibronektinfasern. Die Simulationen dieses Vorgangs zeigten, dass sobald Fibronektin durch anliegende Kräfte gestreckt wird, die Abstände zwischen den einzelnen Bindungsstellen auf Fibronektin für das bakterielle Peptid zu gross werden. Der bakterielle Nano-Kleber löste sich daraufhin grösstenteils ab. Diese Ergebnisse hatten die Forscher damals nicht erwartet. Sie deuteten aber darauf hin, dass das für ihre Simulation genutzte Bakterium Staphylococcus aureus im Laufe seiner Evolution einen Nanosensor entwickelt haben könnte, um den Spannungszustand von Fibronektinfasern zu erkennen. Um «erfolgreich» eine Wunde infizieren zu können, dürfte sich das gefürchtete Bakterium an zerschnittenen und darum entspannten Fasern anheften.
Doch über den Spannungszustand von Gewebefasern und dessen Einfluss, beispielsweise auf physiologische Prozesse bei degenerative Veränderungen im Gewebe, liegen bis anhin kaum Kenntnisse vor. Zudem fehlen geeignete Methoden, um diese von den Zellen erzeugten winzigen Kräfte auf Gewebefasern messen zu können. Viola Vogel und ihre Forschungsgruppe arbeiten deshalb an dafür geeigneten Nano-Senoren: Inspiriert durch die Simulationen entwickelten sie ein bakterielles Peptid, das die Spannungszustände von Fibronektin im Gewebe erkennen kann. Ein solches Peptid könnte für Therapie und Diagnostik genutzt werden.

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