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SMART-Forscher entwickeln einen nanobionischen Pflanzensensor zur Überwachung des Arsengehalts im Boden

Zum ersten Mal haben Forscher von SMART einen lebenden pflanzlichen Sensor zum Nachweis von Arsen in der EU entwickelt…

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Zum ersten Mal haben Forscher von SMART einen lebenden Sensor auf pflanzlicher Basis zum Nachweis von Arsen in der unterirdischen Umgebung entwickelt

Bildnachweis: Dr. Tedrick Thomas Salim Lew

  • Eine neue Klasse lebender Sensoren auf pflanzlicher Basis verbindet Wildtyp-Pflanzen mit technischen optischen Nanosensoren, die Arsenwerte von nur 0,2 Teilen pro Milliarde nachweisen können
  • Arsen ist ein Schwermetall, das für den Menschen und das Ökosystem hochgiftig ist. Schätzungen zufolge führen anorganisches Arsen in Reis zu 50.000 vorzeitigen Todesfällen pro Jahr
  • Dieser neuartige Ansatz kann verwendet werden, um die Arsenaufnahme in jeder Pflanze zu überwachen und jede nicht genetisch veränderte Pflanze in einen Umweltsensor umzuwandeln, um den Arsengehalt im Boden zu überwachen und Anwendungen in der Agrarforschung und Umweltüberwachung zu ermöglichen
  • Die Messwerte dieser neuen Nanosensoren können schnell über tragbare, kostengünstige Elektronik wie Raspberry Pi-basierte Plattformen abgerufen werden

Singapur, 2. Dezember 2020 – Wissenschaftler von Disruptive & Sustainable Technologies for Agricultural Precision (DiSTAP), einer interdisziplinären Forschungsgruppe (IRG) der Singapore-MIT Alliance für Forschung und Technologie (SMART), dem Forschungsunternehmen des MIT in Singapur, haben einen Roman entwickelt Typ eines nanobionischen optischen Pflanzensensors, der in Echtzeit die Konzentrationen des hochgiftigen Schwermetallarsens in der unterirdischen Umgebung erfassen und überwachen kann. Diese Entwicklung bietet erhebliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Methoden zur Messung von Arsen in der Umwelt und ist sowohl für die Umweltüberwachung als auch für landwirtschaftliche Anwendungen wichtig, um die Lebensmittelsicherheit zu gewährleisten, da Arsen in vielen gängigen landwirtschaftlichen Produkten wie Reis, Gemüse und Teeblättern eine Verunreinigung darstellt .

Dieser neue Ansatz wird in einem kürzlich in Advanced Materials veröffentlichten Artikel mit dem Titel „Plant Nanobionic Sensors for Arsenic Detection“ beschrieben. Das Papier wurde von Dr. Tedrick Thomas Salim Lew, einem Absolventen des Massachusetts Institute of Technology (MIT), geleitet und von Michael Strano, Co-Lead Principal Investigator von DiSTAP und Carbon P. Dubbs Professor am MIT, mitverfasst als Minkyung Park und Jianqiao Cui, beide Doktoranden am MIT.

Arsen und seine Verbindungen sind eine ernsthafte Bedrohung für Mensch und Ökosystem. Eine langfristige Exposition gegenüber Arsen beim Menschen kann eine Vielzahl gesundheitsschädlicher Auswirkungen haben, darunter Herz-Kreislauf-Erkrankungen wie Herzinfarkt, Diabetes, Geburtsfehler, schwere Hautläsionen und zahlreiche Krebsarten, einschließlich Haut-, Blasen- und Lungenkrebs. Ein erhöhter Arsengehalt im Boden infolge anthropogener Aktivitäten wie Bergbau und Schmelzen ist ebenfalls schädlich für Pflanzen, hemmt das Wachstum und führt zu erheblichen Ernteverlusten. Noch beunruhigender ist, dass Nahrungspflanzen Arsen aus dem Boden aufnehmen können, was zu einer Kontamination von Nahrungsmitteln und Produkten führt, die vom Menschen konsumiert werden. Arsen in unterirdischen Umgebungen kann auch das Grundwasser und andere unterirdische Wasserquellen kontaminieren, deren langfristiger Verbrauch schwerwiegende gesundheitliche Probleme verursachen kann. Daher ist die Entwicklung genauer, effektiver und einfach zu verwendender Arsensensoren wichtig, um sowohl die Landwirtschaft als auch die allgemeine Umweltsicherheit zu schützen.

Diese neuartigen optischen Nanosensoren, die von SMART DiSTAP entwickelt wurden, zeigen Änderungen in ihrer Fluoreszenzintensität beim Nachweis von Arsen. Eingebettet in Pflanzengewebe ohne schädliche Auswirkungen auf die Pflanze bieten diese Sensoren eine zerstörungsfreie Möglichkeit, die interne Dynamik von Arsen zu überwachen, das von Pflanzen aus dem Boden aufgenommen wird. Diese Integration von optischen Nanosensoren in lebende Pflanzen ermöglicht die Umwandlung von Pflanzen in autarke Arsen-Detektoren aus ihrer natürlichen Umgebung, was eine signifikante Verbesserung gegenüber den zeit- und geräteintensiven Arsen-Probenahmeverfahren herkömmlicher Verfahren darstellt.

Der Hauptautor Dr. Tedrick Thomas Salim Lew sagte: „Unser pflanzlicher Nanosensor ist nicht nur der erste seiner Art, sondern auch wegen der erheblichen Vorteile, die er gegenüber herkömmlichen Methoden zur Messung des Arsengehalts in der unterirdischen Umgebung bietet und weniger Zeit benötigt , Ausrüstung und Arbeitskräfte. Wir gehen davon aus, dass diese Innovation irgendwann in der Landwirtschaft und darüber hinaus breite Anwendung finden wird. Ich bin SMART DiSTAP und Temasek Life Sciences Laboratory (TLL) dankbar, die beide maßgeblich zur Ideenfindung, wissenschaftlichen Diskussion und Forschungsfinanzierung für diese Arbeit beigetragen haben. “

Neben dem Nachweis von Arsen in Reis und Spinat verwendete das Team auch eine Farnart, Pteris cretica, die Arsen hyperakkumulieren kann. Diese Farnart kann hohe Arsenkonzentrationen ohne nachteilige Auswirkungen absorbieren und tolerieren. Sie entwickelt einen ultrasensitiven Arsen-Detektor auf pflanzlicher Basis, der in der Lage ist, sehr niedrige Arsenkonzentrationen von nur 0,2 ppm (ppb) nachzuweisen. Im Gegensatz dazu liegt die gesetzliche Grenze für Arsen-Detektoren bei 10 Teilen pro Milliarde. Insbesondere können die neuartigen Nanosensoren auch in andere Pflanzenarten integriert werden. Dies ist die erste erfolgreiche Demonstration lebender pflanzlicher Sensoren für Arsen und stellt einen bahnbrechenden Fortschritt dar, der sich sowohl in der Agrarforschung (z. B. zur Überwachung des von essbaren Pflanzen aufgenommenen Arsen für die Lebensmittelsicherheit) als auch in der allgemeinen Umweltüberwachung als äußerst nützlich erweisen könnte .

Bisher umfassten herkömmliche Methoden zur Messung des Arsengehalts regelmäßige Feldprobenahme, Verdauung von Pflanzengewebe, Extraktion und Analyse unter Verwendung von Massenspektrometrie. Diese Methoden sind zeitaufwändig, erfordern eine umfangreiche Probenbehandlung und erfordern häufig die Verwendung sperriger und teurer Instrumente. Die neuartige Methode von SMART DiSTAP zur Kopplung von Nanopartikelsensoren mit der natürlichen Fähigkeit von Pflanzen, Analyten effizient über die Wurzeln zu extrahieren und zu transportieren, ermöglicht den Nachweis der Arsenaufnahme in lebenden Pflanzen in Echtzeit mit tragbarer, kostengünstiger Elektronik wie einer tragbaren Raspberry Pi-Plattform Ausgestattet mit einer CCD-Kamera (Charge Coupled Device), ähnlich einer Smartphone-Kamera.

Der Co-Autor, DiSTAP-Co-Lead Principal Investigator und MIT-Professor Michael Strano fügten hinzu: „Dies ist eine äußerst aufregende Entwicklung, da wir zum ersten Mal einen nanobionischen Sensor entwickelt haben, der Arsen erkennen kann – eine schwerwiegende Umweltverschmutzung und ein ernstes Potenzial Bedrohung der öffentlichen Gesundheit. Mit seinen unzähligen Vorteilen gegenüber älteren Methoden zur Arsenerkennung könnte dieser neuartige Sensor eine entscheidende Rolle spielen, da er nicht nur zeiteffizienter, sondern auch genauer und einfacher einzusetzen ist als ältere Methoden. Es wird auch Pflanzenwissenschaftlern in Organisationen wie TLL helfen, Pflanzen zu produzieren, die der Aufnahme toxischer Elemente widerstehen. Inspiriert von den jüngsten Bemühungen von TLL, Reiskulturen zu erzeugen, die weniger Arsen verbrauchen, ist diese Arbeit eine parallele Anstrengung, um die Bemühungen von SMART DiSTAP in der Forschung zur Ernährungssicherheit weiter zu unterstützen und ständig neue technologische Fähigkeiten zur Verbesserung der Lebensmittelqualität und -sicherheit in Singapur zu entwickeln. “

Die Forschung wird von SMART durchgeführt und von der National Research Foundation (NRF) in Singapur im Rahmen des Programms CREATE (Campus for Research Excellence and Technological Enterprise) unterstützt.

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Über SMART Disruptive & Sustainable Technologies for Agricultural Precision (DiSTAP) [??????????]

DiSTAP ist eine der fünf interdisziplinären Forschungsgruppen (IRGs) der Singapore-MIT Alliance for Research and Technology (SMART). Das DiSTAP-Programm befasst sich mit tiefgreifenden Problemen in der Lebensmittelproduktion in Singapur und der Welt, indem es eine Reihe wirkungsvoller und neuartiger analytischer, genetischer und biosynthetischer Technologien entwickelt. Ziel ist es, die Art und Weise, wie Pflanzenbiosynthesewege entdeckt, überwacht, konstruiert und letztendlich übersetzt werden, um den weltweiten Bedarf an Nahrungsmitteln und Nährstoffen zu decken, grundlegend zu ändern. Wissenschaftler des Massachusetts Institute of Technology (MIT), des Temasek Life Sciences Laboratory (TLL), der Nanyang Technological University (NTU) und der National University of Singapore (NUS) entwickeln gemeinsam neue Werkzeuge für die kontinuierliche Messung wichtiger Pflanzenmetaboliten und Hormone Entdeckung, tieferes Verständnis und Kontrolle von Pflanzenbiosynthesewegen auf noch nicht mögliche Weise, insbesondere im Zusammenhang mit grünem Blattgemüse; Nutzung dieser neuen Techniken zur Entwicklung von Pflanzen mit äußerst wünschenswerten Eigenschaften für die globale Ernährungssicherheit, einschließlich Produktion mit hoher Ertragsdichte, Resistenz gegen Trockenheit und Krankheitserreger sowie Biosynthese hochwertiger kommerzieller Produkte; Entwicklung von Werkzeugen zur Herstellung hydrophober Lebensmittelkomponenten in branchenrelevanten Mikroben; Entwicklung neuartiger mikrobieller und enzymatischer Technologien zur Herstellung flüchtiger organischer Verbindungen, die das Wachstum von Blattgemüse schützen und / oder fördern können; und Anwendung dieser Technologien zur Verbesserung der städtischen Landwirtschaft.

Das DiSTAP IRG bei SMART wird von MIT-Co-Lead Principal Investigator Professor Michael Strano und Singapur Co-Lead Principal Investigator Professor Chua Nam Hai geleitet.

Weitere Informationen erhalten Sie unter: http://distap.mit.edu

Über die Singapore-MIT-Allianz für Forschung und Technologie (SMART) [??? – ??????????]

Die Singapore-MIT-Allianz für Forschung und Technologie (SMART) ist das Forschungsunternehmen des MIT in Singapur, das seit 2007 vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Zusammenarbeit mit der National Research Foundation von Singapur (NRF) gegründet wurde. SMART ist das erste Unternehmen in der Vom NRF entwickelter Campus für Forschungsexzellenz und technologisches Unternehmen (CREATE). SMART dient als intellektuelles und innovatives Zentrum für Forschungsinteraktionen zwischen MIT und Singapur. Am SMART werden hochmoderne Forschungsprojekte in Bereichen durchgeführt, die sowohl für Singapur als auch für das MIT von Interesse sind. SMART umfasst derzeit ein Innovationszentrum und sechs interdisziplinäre Forschungsgruppen (IRGs): Antibiotikaresistenz (AMR), Biosysteme und Mikromechanik (BioSyM), Kritische Analysen zur Herstellung personalisierter Medizin (CAMP), Disruptive & Sustainable Technologies for Agricultural Precision (DiSTAP), Zukünftige urbane Mobilität (FM) und energiesparende elektronische Systeme (LEES). Die SMART-Forschung wird von der National Research Foundation Singapore im Rahmen des CREATE-Programms finanziert.

Weitere Informationen finden Sie unter: http://smart.mit.edu

https://smart.mit.edu/news-events/news/smart-researchers-develop-new-class-of-plant-nanobionic-sensor-to-monitor-arsenic-levels-in-soil

Source: https://bioengineer.org/smart-researchers-develop-plant-nanobionic-sensor-to-monitor-arsenic-levels-in-soil/

smart-forscher-entwickeln-einen-nanobionischen-pflanzensensor-zur-Überwachung-des-arsengehalts-im-boden

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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/

wissenschaftler-zeigen-vielversprechenden-neuen-ansatz-zur-behandlung-von-mukoviszidose

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