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Ein Hinweis auf neue Physik in polarisierter Strahlung aus dem frühen Universum

Bildnachweis: Y. Minami / KEK Ein internationales Forscherteam hat Planck-Daten aus der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung verwendet…

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Bildnachweis: Y. Minami / KEK

Ein internationales Forscherteam hat anhand von Planck-Daten aus der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung einen Hinweis auf neue Physik beobachtet. Das Team entwickelte eine neue Methode zur Messung des Polarisationswinkels des alten Lichts durch Kalibrierung mit Staubemission aus unserer eigenen Milchstraße.

Obwohl das Signal nicht genau genug erfasst wird, um eindeutige Schlussfolgerungen zu ziehen, kann dies darauf hindeuten, dass dunkle Materie oder dunkle Energie eine Verletzung der sogenannten „Paritätssymmetrie“ verursachen.

Es wird angenommen, dass sich die Gesetze der Physik, die das Universum regieren, nicht ändern, wenn sie in einem Spiegel herumgedreht werden. Beispielsweise funktioniert der Elektromagnetismus gleich, unabhängig davon, ob Sie sich im ursprünglichen System oder in einem gespiegelten System befinden, in dem alle Raumkoordinaten umgedreht wurden.

Wenn diese Symmetrie, die als „Parität“ bezeichnet wird, verletzt wird, kann sie den Schlüssel zum Verständnis der schwer fassbaren Natur der Dunklen Materie und der Dunklen Energie darstellen, die heute 25 bzw. 70 Prozent des Energiebudgets des Universums einnehmen. Während beide dunkel sind, haben diese beiden Komponenten entgegengesetzte Auswirkungen auf die Entwicklung des Universums: Dunkle Materie zieht an, während dunkle Energie bewirkt, dass sich das Universum immer schneller ausdehnt.

Eine neue Studie, an der Forscher des Instituts für Teilchen- und Kernstudien (IPNS) der High Energy Accelerator Research Organization (KEK), des Kavli-Instituts für Physik und Mathematik des Universums (Kavli IPMU) der Universität Tokio und von Forschern des Instituts für Hochenergie-Beschleuniger (KEK) teilnahmen Das Max-Planck-Institut für Astrophysik (MPA) berichtet über einen verlockenden Hinweis auf neue Physik – mit einem Konfidenzniveau von 99,2 Prozent -, der die Paritätssymmetrie verletzt.

Ihre Ergebnisse wurden am 23. November 2020 in der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht. Das Papier wurde als „Vorschlag der Redaktion“ ausgewählt, der von den Redakteuren der Zeitschrift als wichtig, interessant und gut geschrieben beurteilt wurde.

Der Hinweis auf eine Verletzung der Paritätssymmetrie wurde in der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung gefunden, dem Restlicht des Urknalls. Der Schlüssel ist das polarisierte Licht des kosmischen Mikrowellenhintergrunds. Licht ist eine sich ausbreitende elektromagnetische Welle. Wenn es aus Wellen besteht, die in eine bevorzugte Richtung schwingen, nennen es die Physiker „polarisiert“. Die Polarisation entsteht, wenn das Licht gestreut wird.

Sonnenlicht besteht zum Beispiel aus Wellen mit allen möglichen Schwingungsrichtungen; somit ist es nicht polarisiert. Das Licht eines Regenbogens ist inzwischen polarisiert, weil das Sonnenlicht durch Wassertropfen in der Atmosphäre gestreut wird. In ähnlicher Weise wurde das Licht des kosmischen Mikrowellenhintergrunds zunächst polarisiert, als es 400.000 Jahre nach dem Urknall von Elektronen gestreut wurde. Während dieses Licht 13,8 Milliarden Jahre lang durch das Universum wanderte, könnte die Wechselwirkung des kosmischen Mikrowellenhintergrunds mit dunkler Materie oder dunkler Energie dazu führen, dass sich die Polarisationsebene um einen Winkel dreht (siehe Abbildung).

„Wenn dunkle Materie oder dunkle Energie auf eine Weise mit dem Licht des kosmischen Mikrowellenhintergrunds interagieren, die die Paritätssymmetrie verletzt, finden wir ihre Signatur in den Polarisationsdaten“, betont Yuto Minami, Postdoktorand am IPNS, KEK.

Zur Messung des Drehwinkels benötigten die Wissenschaftler polarisationsempfindliche Detektoren, beispielsweise an Bord des Planck-Satelliten der Europäischen Weltraumorganisation (ESA). Und sie mussten wissen, wie die polarisationsempfindlichen Detektoren relativ zum Himmel ausgerichtet sind. Wenn diese Information nicht mit ausreichender Genauigkeit bekannt wäre, würde die gemessene Polarisationsebene künstlich gedreht, wodurch ein falsches Signal erzeugt würde.

In der Vergangenheit begrenzten Unsicherheiten über die künstliche Rotation, die von den Detektoren selbst eingeführt wurde, die Messgenauigkeit des kosmischen Polarisationswinkels (siehe Abbildung).

"Wir haben eine neue Methode entwickelt, um die künstliche Rotation mithilfe des polarisierten Lichts zu bestimmen, das Staub in unserer Milchstraße emittiert", sagte Minami. „Mit dieser Methode haben wir eine Genauigkeit erreicht, die doppelt so hoch ist wie in der vorherigen Arbeit, und können endlich den (Polarisationswinkel) messen.“

Die Entfernung, die das Licht von Staub in der Milchstraße zurücklegt, ist viel kürzer als die des kosmischen Mikrowellenhintergrunds. Dies bedeutet, dass die Staubemission nicht durch dunkle Materie oder dunkle Energie beeinflusst wird, d. H. (Der Polarisationswinkel) ist nur im Licht des kosmischen Mikrowellenhintergrunds vorhanden, während die künstliche Rotation beide beeinflusst. Die Differenz des gemessenen Polarisationswinkels zwischen beiden Lichtquellen kann somit zur Messung (des Winkels) verwendet werden.

Das Forscherteam wendete die neue Methode an, um (den Winkel) anhand der vom Planck-Satelliten aufgenommenen Polarisationsdaten zu messen. Sie fanden einen Hinweis auf eine Verletzung der Paritätssymmetrie mit einem Konfidenzniveau von 99,2 Prozent. Um eine Entdeckung der neuen Physik zu behaupten, ist eine viel größere statistische Signifikanz oder ein Konfidenzniveau von 99,99995 Prozent erforderlich.

Eiichiro Komatsu, Direktor am MPA und Principal Investigator am Kavli IPMU, sagte: „Es ist klar, dass wir noch keine endgültigen Beweise für neue Physik gefunden haben; Zur Bestätigung dieses Signals ist eine höhere statistische Signifikanz erforderlich. Wir sind jedoch aufgeregt, weil unsere neue Methode es uns endlich ermöglicht hat, diese „unmögliche“ Messung durchzuführen, die möglicherweise auf eine neue Physik hinweist. “

Um dieses Signal zu bestätigen, kann die neue Methode auf alle vorhandenen und zukünftigen Experimente zur Messung der Polarisation des kosmischen Mikrowellenhintergrunds angewendet werden, z. B. Simons Array und LiteBIRD, an denen sowohl KEK als auch die Kavli IPMU beteiligt sind.

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Autoren: Yuto Minami (1), Eiichiro Komatsu (2,3)

Autorenzugehörigkeit:

1. Forschungsorganisation für Hochenergiebeschleuniger, 1-1 Oho, Tsukuba, Ibaraki, 305-0801, Japan

2. Kavli-Institut für Physik und Mathematik des Universums (Kavli IPMU, WPI), Universität Tokio, Chiba 277-8582, Japan

3. Max-Planck-Institut für Astrophysik, Karl-Schwarzschild Str. 1, 85741 Garching, Deutschland

Forschungskontakt:

Yuto Minami

Institut für Teilchen- und Nuklearstudien, Forschungsorganisation für Hochenergiebeschleuniger (KEK, Japan)

Postdoktorand

E-Mail: yminami_at_post.kek.jp

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Eiichiro Komatsu

Kavli-Institut für Physik und Mathematik des Universums, Universität Tokio

Hauptermittler

Max-Planck-Institut für Astrophysik

Direktor der Abteilung für Physikalische Kosmologie

E-Mail: komatsu_at_mpa-garching.mpg.de

TEL: + 49-89-30000-2208

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Medienkontakt:

Hajime Hikino

PR-Büro, Forschungsorganisation für Hochenergiebeschleuniger (KEK, Japan)

E-Mail: press_at_kek.jp

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Hiroko Tada

PR-Büro

Institut für Teilchen- und Nuklearstudien, Forschungsorganisation für Hochenergiebeschleuniger (KEK, Japan)

E-Mail: htada_at_post.kek.jp

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John Amari

Pressesprecher

Kavli-Institut für Physik und Mathematik des Universums, Universität Tokio

E-Mail: press_at_ipmu.jp

TEL: 080-4056-2767

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Hannelore Haemmerle

Pressesprecher

Max-Planck-Institut für Astrophysik

E-Mail: pr_at_mpa-garching.mpg.de

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Source: https://bioengineer.org/a-hint-of-new-physics-in-polarized-radiation-from-the-early-universe/

ein-hinweis-auf-neue-physik-in-polarisierter-strahlung-aus-dem-frühen-universum

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Reduzierte mikrobielle Stabilität in Verbindung mit dem Kohlenstoffverlust des Bodens in der aktiven Schicht unter alpinem Permafrostabbau

Quelle: Chinesische NIEER-Forscher haben kürzlich Zusammenhänge zwischen der Verringerung der mikrobiellen Stabilität und dem Kohlenstoffverlust des Bodens im Wirkstoff entdeckt…

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Chinesische Forscher haben kürzlich Zusammenhänge zwischen der Verringerung der mikrobiellen Stabilität und dem Kohlenstoffverlust im Boden in der aktiven Schicht des degradierten alpinen Permafrostbodens auf dem Qinghai-Tibet-Plateau (QTP) entdeckt.

Die Forscher um Prof. CHEN Shengyun vom Northwest Institute of Eco-Environment and Resources (NIEER) der Chinese Academy of Sciences (CAS) und XUE Kai von der University of Chinese Academy of Sciences führten eine gemeinsame tiefgreifende Analyse durch von mikrobiellen Bodengemeinschaften und ihren Netzwerken des gemeinsamen Auftretens in der aktiven Permafrostschicht entlang eines ausgedehnten Gradienten der Permafrostdegradation.

Das QTP umfasst die weltweit größte Ausdehnung von Hochgebirgspermafrost. Dieser Permafrost unterscheidet sich vom Permafrost hoher Breiten und speichert massiven Bodenkohlenstoff. Ein oft ignoriertes Merkmal von Permafrost ist, dass der Kohlenstoffspeicher in der aktiven Schicht des Bodens im Vergleich zu tieferen Schichten aktiver und direkter vom Klimawandel betroffen ist.

Ausgelöst durch die Klimaerwärmung kann die Degradation des Permafrostbodens die Kohlenstoffstabilität des Bodens verringern und einen massiven Kohlenstoffverlust verursachen, was zu einer positiven Kohlenstoff-Klima-Rückkopplung führt. Die mikrobiell vermittelten Mechanismen für den Kohlenstoffverlust aus der aktiven Bodenschicht in degradiertem Permafrost sind jedoch noch unklar.

In dieser Studie fanden die Forscher heraus, dass der Abbau des alpinen Permafrosts die Stabilität der mikrobiellen Gemeinschaften der aktiven Schicht verringert, was durch eine erhöhte Empfindlichkeit der mikrobiellen Zusammensetzung gegenüber Umweltveränderungen, destabilisierende Netzwerkeigenschaften und eine verringerte Widerstandsfähigkeit gegen Knoten- oder Kantenangriffe des mikrobiellen Netzwerks belegt wird.

Sie entdeckten, dass der Verlust von organischem Kohlenstoff im Boden in stark degradiertem Permafrost mit einer erhöhten mikrobiellen Unähnlichkeit verbunden ist, was möglicherweise zu einer positiven Kohlenstoffrückkopplung im alpinen Permafrost auf dem QTP beiträgt.

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Die Ergebnisse wurden in PNAS in einem Artikel mit dem Titel „Reduzierte mikrobielle Stabilität in der aktiven Schicht ist verbunden mit Kohlenstoffverlust unter alpinem Permafrostabbau“ veröffentlicht.

Diese Forschung wurde von der National Natural Science Foundation of China, dem Strategic Priority Research Program (A) von CAS und dem Second Tibetan Plateau Scientific Expedition and Research Program finanziell unterstützt.

Ausgelöst durch die Klimaerwärmung kann die Degradation des Permafrostbodens die Kohlenstoffstabilität des Bodens verringern und einen massiven Kohlenstoffverlust verursachen, was zu einer positiven Kohlenstoff-Klima-Rückkopplung führt. Die mikrobiell vermittelten Mechanismen für den Kohlenstoffverlust aus der aktiven Bodenschicht in degradiertem Permafrost sind jedoch noch unklar.

Source: https://bioengineer.org/reduced-microbial-stability-linked-to-soil-carbon-loss-in-active-layer-under-alpine-permafrost-degra/

reduzierte-mikrobielle-stabilität-in-verbindung-mit-dem-kohlenstoffverlust-des-bodens-in-der-aktiven-schicht-unter-alpinem-permafrostabbau

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SNMMI Image of the Year: PET-Bildgebung misst kognitive Beeinträchtigungen bei COVID-19-Patienten

Quelle: G Blazhenets et al., Klinik für Nuklearmedizin, Medizinisches Zentrum – Universität Freiburg, Medizinische Fakultät, Universität…

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Bild: G Blazhenets et al., Klinik für Nuklearmedizin, Medizinisches Zentrum – Universität Freiburg, Medizinische Fakultät, Universität Freiburg.

Reston, VA – Die Auswirkungen von COVID-19 auf das Gehirn können mit der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) genau gemessen werden, so die auf der Jahrestagung 2021 der Society of Nuclear Medicine and Molecular Imaging (SNMMI) vorgestellten Forschungsergebnisse. In der Studie wurden bei neu diagnostizierten COVID-19-Patienten, die stationär behandelt und einer PET-Untersuchung des Gehirns unterzogen wurden, Defizite in der neuronalen Funktion und begleitende kognitive Beeinträchtigungen festgestellt, und bei einigen bestand diese Beeinträchtigung sechs Monate nach ihrer Diagnose. Die detaillierte Darstellung von Bereichen kognitiver Beeinträchtigung, neurologischer Symptome und Vergleich der Beeinträchtigung über einen Zeitraum von sechs Monaten wurde von SNMMI zum Bild des Jahres 2021 gewählt.

Jedes Jahr wählt SNMMI ein Bild aus, das die vielversprechendsten Fortschritte auf dem Gebiet der Nuklearmedizin und der molekularen Bildgebung am besten veranschaulicht. Die hochmodernen Technologien, die in diesen Bildern erfasst werden, zeigen die Fähigkeit, die Patientenversorgung zu verbessern, indem sie Krankheiten erkennen, die Diagnose unterstützen, das klinische Vertrauen verbessern und eine Möglichkeit zur Auswahl geeigneter Behandlungen bieten. In diesem Jahr wurde das SNMMI Henry N. Wagner, Jr., Image of the Year aus mehr als 1.280 eingereichten Abstracts ausgewählt und von Gutachtern und der Vereinsführung abgestimmt.

„Mit fortschreitender SARS-CoV-2-Pandemie wird immer deutlicher, dass neurokognitive Langzeitfolgen nicht nur bei schweren COVID-19-Fällen auftreten, sondern auch bei leichten und mittelschweren Fällen. Neurokognitive Defizite wie Gedächtnisstörungen, Konzentrationsstörungen und kognitive Probleme können weit über die Akutphase der Erkrankung hinaus bestehen“, sagt Ganna Blazhenets, PhD, Postdoktorandin für Medizinische Bildgebung am Universitätsklinikum Freiburg in Freiburg.

Um kognitive Beeinträchtigungen im Zusammenhang mit COVID-19 zu untersuchen, führten die Forscher eine prospektive Studie an kürzlich diagnostizierten COVID-19-Patienten durch, die eine stationäre Behandlung wegen nicht-neurologischer Beschwerden benötigten. Eine kognitive Bewertung wurde durchgeführt, gefolgt von einer Bildgebung mit 18F-FDG-PET, wenn mindestens zwei neue neurologische Symptome vorhanden waren. Durch den Vergleich von COVID-19-Patienten mit Kontrollen stellte die Freiburger Gruppe ein COVID-19-bezogenes Kovarianzmuster des Hirnstoffwechsels mit den deutlichsten Abnahmen in kortikalen Regionen fest. Patientenübergreifend zeigte die Ausprägung dieses Musters eine sehr hohe Korrelation mit der kognitiven Leistung der Patienten.

Sechs Monate nach der Erstdiagnose von COVID-19 wurde eine PET-Follow-up-Bildgebung durchgeführt. Die bildgebenden Ergebnisse zeigten bei den meisten Patienten eine signifikante Verbesserung der neurokognitiven Defizite, begleitet von einer fast vollständigen Normalisierung des Hirnstoffwechsels.

„Wir können eindeutig feststellen, dass aufgrund der Ergebnisse dieser Studie bei den meisten COVID-19-Patienten eine signifikante Erholung der regionalen neuronalen Funktion und Kognition eintritt. Es ist jedoch wichtig, die Hinweise auf länger anhaltende Defizite der neuronalen Funktion und begleitende kognitive Defizite zu erkennen, die bei einigen Patienten sechs Monate nach Manifestation der Krankheit noch messbar sind“, sagte Blazhenets. „Daher sollten Post-COVID-19-Patienten mit anhaltenden kognitiven Beschwerden einem Neurologen vorgestellt und möglicherweise kognitiven Rehabilitationsprogrammen zugeteilt werden.“

„18F-FDG PET ist ein etablierter Biomarker für neuronale Funktionen und neuronale Schädigungen“, sagte Umar Mahmood, MD, PhD, der Vorsitzende des Wissenschaftlichen Programmausschusses von SNMMI. „Wie das Bild des Jahres gezeigt hat, kann es angewendet werden, um neuronale Korrelate des kognitiven Verfalls bei Patienten nach COVID-19 zu entschlüsseln. Da die 18F-FDG-PET weit verbreitet ist, kann sie daher bei der diagnostischen Aufarbeitung und Nachsorge bei Patienten mit anhaltender kognitiver Beeinträchtigung nach COVID-19 hilfreich sein.“

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Zusammenfassung 41. „Veränderte regionale zerebrale Funktion und ihre Assoziation mit kognitiver Beeinträchtigung bei COVID 19: Eine prospektive FDG-PET-Studie.“ Ganna Blazhenets, Johannes Thurow, Lars Frings und Philipp Meyer, Klinik für Nuklearmedizin, Medizinisches Zentrum – Universität Freiburg, Medizinische Fakultät, Universität Freiburg, Freiburg, Deutschland; Nils Schroeter, Tobias Bormann, Cornelius Weiller, Andrea Dressing und Jonas Hosp; Klinik für Neurologie und Klinische Neurowissenschaften, Medizinisches Zentrum – Universität Freiburg, Medizinische Fakultät, Universität Freiburg, Freiburg, Deutschland; und Dirk Wagner, Klinik für Innere Medizin, Medizinisches Zentrum – Universität Freiburg, Medizinische Fakultät, Universität Freiburg, Freiburg, Deutschland.

Alle Abstracts der SNMMI-Jahrestagung 2021 finden Sie online unter https://jnm.snmjournals.org/content/62/supplement_1.

Über die Gesellschaft für Nuklearmedizin und Molekulare Bildgebung

Die Society of Nuclear Medicine and Molecular Imaging (SNMMI) ist eine internationale wissenschaftliche und medizinische Organisation, die sich der Weiterentwicklung der Nuklearmedizin und der molekularen Bildgebung verschrieben hat Ergebnisse.

Die Mitglieder von SNMMI setzen den Standard für die molekulare Bildgebung und die nuklearmedizinische Praxis, indem sie Leitlinien erstellen, Informationen durch Zeitschriften und Tagungen austauschen und sich für wichtige Themen einsetzen, die die Forschung und Praxis der molekularen Bildgebung und Therapie beeinflussen. Weitere Informationen finden Sie unter http://www.snmmi.org.

„Mit fortschreitender SARS-CoV-2-Pandemie wird immer deutlicher, dass neurokognitive Langzeitfolgen nicht nur bei schweren COVID-19-Fällen auftreten, sondern auch bei leichten und mittelschweren Fällen. Neurokognitive Defizite wie Gedächtnisstörungen, Konzentrationsstörungen und kognitive Probleme können weit über die Akutphase der Erkrankung hinaus bestehen“, sagt Ganna Blazhenets, PhD, Postdoktorandin für Medizinische Bildgebung am Universitätsklinikum Freiburg in Freiburg.

Source: https://bioengineer.org/snmmi-image-of-the-year-pet-imaging-measures-cognitive-impairment-in-covid-19-patients/

snmmi-image-of-the-year:-pet-bildgebung-misst-kognitive-beeinträchtigungen-bei-covid-19-patienten

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Wissenschaftler zeigen vielversprechenden neuen Ansatz zur Behandlung von Mukoviszidose

Wissenschaftler unter der Leitung der Forscher der UNC School of Medicine, Silvia Kreda, Ph.D., und Rudolph Juliano, Ph.D., entwickelten eine verbesserte Oligonukleotidtherapie…

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Wissenschaftler unter der Leitung der Forscher der UNC School of Medicine, Silvia Kreda, Ph.D., und Rudolph Juliano, Ph.D., entwickelten eine verbesserte Oligonukleotid-Therapiestrategie mit dem Potenzial zur Behandlung anderer Lungenerkrankungen wie COPD und Asthma

CHAPEL HILL, NC – Wissenschaftler der UNC School of Medicine leiteten eine Zusammenarbeit von Forschern, um eine potenziell leistungsstarke neue Strategie zur Behandlung von Mukoviszidose (CF) und möglicherweise einer Vielzahl anderer Krankheiten zu demonstrieren. Es handelt sich um kleine Nukleinsäuremoleküle, die Oligonukleotide genannt werden, die einige der Gendefekte korrigieren können, die CF zugrunde liegen, aber von bestehenden Modulatortherapien nicht angegangen werden. Die Forscher verwendeten eine neue Transportmethode, die traditionelle Hindernisse beim Einbringen von Oligonukleotiden in Lungenzellen überwindet.

Wie die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Nucleic Acids Research berichteten, demonstrierten sie die beeindruckende Wirksamkeit ihres Ansatzes in Zellen eines CF-Patienten und in Mäusen.

„Mit unserer Oligonukleotid-Abgabeplattform konnten wir die Aktivität des Proteins wiederherstellen, das bei CF nicht normal funktioniert, und wir konnten mit nur einer bescheidenen Dosis eine verlängerte Wirkung feststellen. Wir sind also sehr gespannt auf das Potenzial dieser Strategie. “, sagte die leitende Autorin der Studie, Silvia Kreda, PhD, außerordentliche Professorin am UNC Department of Medicine und der UNC Department Biochemistry & Biophysics und Mitglied des Marsico Lung Institute an der UNC School of Medicine.

Kreda und ihr Labor arbeiteten an der Studie mit einem Team unter der Leitung von Rudolph Juliano, PhD, Boshamer Distinguished Professor Emeritus in der UNC-Abteilung für Pharmakologie und Mitbegründer und Chief Scientific Officer des Biotech-Startups Initos Pharmaceuticals.

Etwa 30.000 Menschen in den Vereinigten Staaten haben CF, eine Erbkrankheit, bei der Genmutationen das funktionelle Fehlen eines wichtigen Proteins namens CFTR verursachen. Ohne CFTR wird der Schleim, der die Lunge und die oberen Atemwege auskleidet, dehydriert und sehr anfällig für bakterielle Infektionen, die häufig auftreten und zu fortschreitenden Lungenschäden führen.

Behandlungen für CF umfassen jetzt CFTR-Modulator-Medikamente, die in vielen Fällen die teilweise CFTR-Funktion effektiv wiederherstellen. Allerdings können CFTR-Modulatoren etwa zehn Prozent der CF-Patienten nicht helfen, oft weil der zugrunde liegende Gendefekt von der Art ist, die als Spleißdefekt bekannt ist.

CF- und Spleißdefekte

Spleißen ist ein Prozess, der auftritt, wenn Gene in temporäre RNA-Stränge kopiert oder transkribiert werden. Ein Komplex aus Enzymen und anderen Molekülen zerhackt dann den RNA-Strang und setzt ihn wieder zusammen, typischerweise nach dem Löschen bestimmter unerwünschter Segmente. Das Spleißen findet bei den meisten menschlichen Genen statt, und Zellen können die RNA-Segmente auf unterschiedliche Weise wieder zusammensetzen, sodass aus einem einzigen Gen verschiedene Versionen eines Proteins hergestellt werden können. Fehler beim Spleißen können jedoch zu vielen Krankheiten führen – einschließlich CF, wenn das Gen-Transkript von CFTR falsch gespleißt wird.

Im Prinzip können richtig konstruierte Oligonukleotide einige Arten von Spleißdefekten korrigieren. In den letzten Jahren hat die US-Gesundheitsbehörde Food and Drug Administration zwei Therapien mit „Splice Switching Oligonukleotid“ für erbliche Muskelerkrankungen zugelassen.

In der Praxis war es jedoch für einige Organe eine extreme Herausforderung, Oligonukleotide in Zellen und an die Stellen innerhalb der Zellen zu bringen, an denen sie RNA-Spleißdefekte korrigieren können.

„Es war besonders schwierig, signifikante Konzentrationen von Oligonukleotiden in die Lunge zu bringen, um Lungenerkrankungen zu bekämpfen“, sagte Kreda.

Therapeutische Oligonukleotide müssen, wenn sie ins Blut injiziert werden, einen langen Kampf biologischer Systeme durchlaufen, die den Körper vor Viren und anderen unerwünschten Molekülen schützen sollen. Selbst wenn Oligonukleotide in Zellen gelangen, werden sie meistens in Vesikel, den Endosomen, eingeschlossen und aus der Zelle zurückgeschickt oder von Enzymen abgebaut, bevor sie ihre Arbeit verrichten können.

Eine neue Lieferstrategie

Die von Kreda, Juliano und ihren Kollegen entwickelte Strategie überwindet diese Hindernisse, indem sie dem Spleißschalt-Oligonukleotid zwei neue Funktionen hinzufügt: Erstens sind die Oligonukleotide mit kurzen, proteinähnlichen Molekülen, sogenannten Peptiden, verbunden, die ihnen bei der Verteilung im Körper helfen sollen und in Zellen gelangen. Zweitens gibt es eine separate Behandlung mit kleinen Molekülen namens OECs, entwickelt von Juliano und Initos, die den therapeutischen Oligonukleotiden helfen, ihrem Einschluss in Endosomen zu entkommen.

Die Forscher demonstrierten diesen kombinierten Ansatz in kultivierten Atemwegszellen eines menschlichen CF-Patienten mit einer häufigen Spleißdefekt-Mutation.

„Die einmalige Zugabe zu diesen Zellen in einer relativ niedrigen Konzentration korrigierte CFTR im Wesentlichen auf ein normales Funktionsniveau, ohne Anzeichen einer Toxizität für die Zellen“, sagte Kreda.

Die Ergebnisse waren mit OECs viel besser als ohne und verbesserten sich mit der OEC-Dosis.

Es gibt kein Mausmodell für CF mit Spleißdefekt, aber die Forscher testeten ihren allgemeinen Ansatz erfolgreich mit einem anderen Oligonukleotid in einem Mausmodell eines Spleißdefekts, der ein Reportergen betrifft. In diesen Experimenten beobachteten die Forscher, dass die Korrektur des Spleißdefekts in der Mauslunge nach einer einzigen Behandlung mindestens drei Wochen anhielt – ein Hinweis darauf, dass Patienten, die solche Therapien erhielten, möglicherweise nur sporadisch dosiert werden müssen.

Die Forscher planen nun weitere präklinische Studien zu ihrer möglichen CF-Behandlung in Vorbereitung auf mögliche klinische Studien.

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Yan Dang, Catharina van Heusden, Veronica Nickerson, Felicity Chung, Yang Wang, Nancy Quinney, Martina Gentzsch und Scott Randell waren weitere Mitwirkende an dieser Studie des Marsico Lung Institute; Ryszard Kole, Co-Autor der Abteilung für Pharmakologie der UNC.

Die Cystic Fibrosis Foundation und die National Institutes of Health unterstützten diese Arbeit.

Scientists Demonstrate Promising New Approach for Treating Cystic Fibrosis

Source: https://bioengineer.org/scientists-demonstrate-promising-new-approach-for-treating-cystic-fibrosis/

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