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Muskeln aus der Spraydose

Ein Schritt weiter zum künstlichen Herzen

Andrea Six

Für Menschen mit Herzinsuffizienz wäre ein künstliches Herz die Rettung. Um das komplexe Organ im Labor nachzubauen, müsste es aber zunächst gelingen, vielschichtige, lebende Gewebe zu züchten. Forscher der Empa sind diesem Ziel nun näher gekommen: Mit einem Sprühverfahren erzeugten sie funktionierende Muskelfasern.

Wer aufgrund einer Herzinsuffizienz auf eine Transplantation angewiesen ist, muss auf ein passendes Spenderorgan hoffen. Eine elegante Alternative wäre ein künstliches Herz, welches nach der Implantation keinerlei Abstossungsreaktionen im Körper auslöst. Das Projekt «Zurich Heart» des Forschungsverbundes Hochschulmedizin Zürich, dessen Partner die Empa ist, entwickelt derzeit ein solches Kunstherz. Damit die Pumpe aus dem Labor vom Körper angenommen wird, soll sie – einer Tarnkappe gleich – von menschlichem Gewebe umhüllt und ausgekleidet sein. Bisher ist das Züchten von mehrschichtigen funktionsfähigen Geweben jedoch noch eine grosse Herausforderung im aufstrebenden Gebiet des «Tissue Engineering». Empa-Forschern ist es nun gelungen, Zellen in einem dreidimensionalen Kunststoffgerüst zu Muskelfasern heranwachsen zu lassen.

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Wieviel wiegt das Leben?

ETH-Forscher haben eine Zell-Waage entwickelt, mit der sich erstmals sowohl das Gewicht einzelner lebender Zellen schnell und präzise bestimmen lässt, als auch dessen Veränderung über die Zeit. Die Erfindung stösst auch
ausserhalb der Biologie auf grosses Interesse.

Ob Regenwurm, Sonnenblume oder Mensch – wir alle bestehen aus Zellen. Kein Wunder also, dass Forschende sich intensiv mit diesen Grundbausteinen des Lebens beschäftigen. Viele ihrer Geheimnisse haben sie ihnen bereits entlockt. Doch das Gewicht lebender Zellen und dessen Veränderung in Echtzeit genau zu messen, war bisher nicht möglich. Es gab schlicht keine geeignete Messmethode.

Neuartige Zellwaage mit hoher Auflösung

Das ist nun anders: Wissenschaftler der Forschungsgruppe Biophysik unter der Leitung von ETH-Professor Daniel J. Müller haben in Zusammenarbeit mit Christoph Gerber von der Universität Basel und Jason Mercer vom University College London eine neuartige Zellwaage entwickelt. Mit dieser ist es nicht nur möglich, die Masse lebender Zellen innert kürzester Zeit zu bestimmen, sondern auch zu verfolgen, wie sich deren Gewicht über die Zeit verändert. Und das mit einer Auflösung von Millisekunden und Billionstel Gramm.
Gewogen werden die Zellen, die normalerweise rund zwei bis drei Nanogramm wiegen, unter kontrollierten Bedingungen in einer Zellkulturkammer. Der Wägearm, ein winziges, hauchdünnes, transparentes und mit Collagen oder Fibronektin beschichtetes Siliziumplättchen, wird zum Boden der Kammer heruntergefahren, stupst dort eine Zelle an und nimmt sie auf. «Für die Messungen hängt die Zelle quasi kopfunter an der Unterseite eines winzigen Federbalkens», sagt Gotthold Fläschner, einer der Hauptbeteiligten an der Entwicklung der neuen Waage.

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Nach Schlaganfall motorische Defizite exakter feststellen

Nach einem Schlaganfall scheitern viele Menschen an täglichen Handgriffen im Haushalt. Der Grund dafür sind Lähmungserscheinungen, die von Schädigungen im Gehirn herrühren. Diese wirken sich auf die feinmotorischen Fähigkeiten aus. Ein Team der Technischen Universität München (TUM) zeigt nun einen Weg auf, der zu einer besseren Diagnose und gezielteren Therapie führt.

Dass Patientinnen und Patienten nach einem Schlaganfall nur eingeschränkt mit den Händen einfache Alltagsgegenstände und Werkzeuge greifen oder halten können, belegen klassische Tests zur Überprüfung ihrer manuellen Geschicklichkeit in der Klinik. Sehr häufig wird der Jebsen Taylor-Handfunktionstest durchgeführt, wo etwa ein Satz auf ein Blatt Papier geschrieben werden muss. «Der Jebsen-Test wie auch andere Tests zeigen allerdings nicht auf, welche einzelnen Faktoren dazu führen, dass sich Schlaganfallpatienten bei einfachen Handgriffen wie etwa nach einem Blatt zu greifen so schwer tun», sagt Professor Joachim Hermsdörfer vom Lehrstuhl für Bewegungswissenschaft der Sport- und Gesundheitsfakultät an der TUM. «Darum haben wir Tests selbst entwickelt, um anhand der daraus identifizierten beeinflussenden Faktoren gezieltere therapeutische Ansätze abzuleiten.»

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Elektrodenmaterialien aus der Mikrowelle

Neues Verfahren vereinfacht Synthese von Hochvolt-Kathoden für Lithiumionen-Akkus

Power für unterwegs ist gefragt: Je leistungsfähiger der Akku, desto größer die Reichweite von Elektroautos und desto länger die Betriebszeit von Handys und Laptops. Dr. Jennifer Ludwig von der Technischen Universität München (TUM) hat ein Verfahren entwickelt, mit dem sich das vielversprechende Hochvolt-Kathodenmaterial Lithium-Kobaltphosphat schnell, einfach, günstig und in höchster Qualität herstellen lässt. Für ihre Arbeit erhielt die Chemikerin den Evonik Forschungspreis.

Die Hoffnung ist pink: Das Pulver, das Jennifer Ludwig vorsichtig in eine Glasschale schüttet und das im Licht der Laborlampe rosarot leuchtet, hat das Potenzial, Akkus in Zukunft noch leistungsfähiger zu machen. «Das Lithium-Kobaltphosphat kann erheblich mehr Energie speichern als herkömmliche Kathodenmaterialien», erklärt die Chemikerin.

Die Mitarbeiterin von Tom Nilges, Inhaber der Professur für Synthese und Charakterisierung innovativer Materialien, hat ein Verfahren entwickelt, mit dem sich das pinke Pulver schnell, mit geringem Energieaufwand und in bester Qualität herstellen lässt.
Lithium-Kobaltphosphat gilt unter Batterieforschern seit einiger Zeit als Material der Zukunft. Es arbeitet bei höherer Spannung als das bisher verwendete Lithium-Eisenphosphat und erreicht daher eine höhere Energiedichte – 800 Wattstunden pro Kilogramm statt bisher knapp 600 Wattstunden.

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Arterien wachsen durch Aussprossen

Die Bildung von Arterien ist ein elementares Ereignis von der Embryonalentwicklung bis ins Erwachsenenleben. Über die Mechanismen der Arterienbildung ist jedoch nicht viel bekannt. Ein Wissenschaftlerteam um Ralf Adams des Max-Planck-Instituts für molekulare Biomedizin in Münster haben zusammen mit Kollegen der Justus-Liebig-Universität Giessen herausgefunden, dass ein Rezeptor namens Notch in diesem Prozess essenziell ist: Hohe Notch-Aktivität bringt spriessende Zellen der vordersten Wachstumsfront dazu, sich in entwickelnde Arterien einzugliedern. Dies ist die erste Studie in Mäusen, die den Beweis für eine
direkte Verbindung zwischen angiogener Sprossung und Arterienbildung liefert. Diese Erkenntnisse könnten dabei helfen, neue therapeutische Ansätze zu identifizieren, die die Bildung neuer Arterien nach Organverletzungen anregen.
Das Blutgefässsystem bildet ein komplexes Netzwerk von Arterien, Venen und Kapillaren und transportiert Sauerstoff, Nährstoffe, Zellen und Abfallprodukte durch unseren Körper. Geschädigte Arterien können zu Störungen des Herz-Kreislauf-Systems wie zum Beispiel Herzinfarkt oder Schlaganfälle führen und sind mittlerweile weltweit die häufigste Todesursache. Wie das Netz aus Blutgefässen aufgebaut ist, ist noch nicht ausreichend gut erforscht – noch weniger ist bekannt, wie die Bildung von Arterien in therapeutischen Ansätzen stimuliert werden könnte.

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