Wie entwickelt sich der Life Science Standort Mittelhessen?

Der VDI Mittelhessen und das Regionalmanagement Mittelhessen laden am 20. März 2025 auf die High-Tech Messe W3+ Fair in Wetzlar ein. Diskutieren Sie mit, über die Bedeutung der Schlüsselbranche Life Science für den Standort.

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Healthcare-Storys
Big Data in der Medizin
Blutwerte, Medikamentenpläne oder Hirnscans – täglich landen Millionen Patienteninformationen in den Computern von Arztpraxen und Kliniken. Die Digitalisierung führt zu gigantischen Datenmengen. Doch wer bekommt die Daten und was machen Forscher und Krankenhäuser damit?
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Dank Robotik und DaVinci könnten so oder so ähnlich in Zukunft immer mehr Operationen aussehen.
Können Sie sich vorstellen von einem Roboter operiert zu werden? Schon heute sind Roboter in vielen Operationen weltweit im Einsatz. Mittlerweile gibt es einige Ergebnisse dazu, wie erfolgreich und sicher sie sind. Mit in die Statistik gehen bald auch Operationen in Mittelhessen ein.
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Marienkäfer sind nur eines von vielen Insekten mit unglaublichen Fähigkeiten – von denen Forscher einiges über multiresistente Keime lernen können.
Kleine Käfer können viel mehr als man denkt: Sie können Wunden heilen oder Grundsubstanzen für die Antibiotikaherstellung liefern. Deshalb forschen Wissenschaftler am Fraunhofer Institut in Gießen, wie man die Krabbler für die Medizin nutzen kann – und sie haben bereits Erfolg.
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Herkömmliche Beatmungsmethoden können bei der Operation von Neugeborenen große Risiken bergen. Jetventilation minimiert die Risiken.
Nicht immer sind Beatmungsgeräte lebensrettend. Bei Operationen wird Sauerstoff in der Lunge zwar dringend gebraucht – aber die Atembewegung stört den lebenswichtigen Eingriff. Eine neue revolutionäre Beatmungstechnologie aus Deutschland schafft es, die Gefahr zu bannen.
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Eine CNC-Fräse fertigt orthopädische Einlagen – genau abgestimmt auf die individuellen Bedürfnisse jedes Kunden.
Falsche Schuhe können Fehlstellungen der Füße verursachen. Mit modernster 3D-Technologie produziert Daniel Hartmann Einlagen, die Abhilfe schaffen. Auch renommierte Sportler setzen auf die orthopädische Hightech-Qualität aus Mittelhessen.
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Erhöhter Blutdruck im Lungenkreislauf ist eine der charakteristischen Auswirkungen von Lungenhochdruck.
Patienten mit Lungenhochdruck leben mit ständiger Luftnot. Heilbar ist die Erkrankung nicht, sie lässt sich nur lindern. Ein Forscher-Team in Gießen untersuchte den Braunalgen-Extrakt Fucoidan zur Behandlung und kam zu vielversprechenden Ergebnissen.
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Trendbericht Big Data: Wie Digitalisierung die Medizin verändert

Big Data in der Medizin

Blutwerte, Medikamentenpläne oder Hirnscans – täglich landen Millionen Patienteninformationen in den Computern von Arztpraxen und Kliniken. Die Digitalisierung führt zu gigantischen Datenmengen, auch Big Data genannt. Wichtig ist deshalb, sie nicht nur zu sammeln, sondern die Vorteile optimal zu nutzen. Erst so können Medizin, Forschung, Krankenhausmanagement, Industrie und am Ende die Patienten optimalen Nutzen daraus ziehen.

Big Data in der Medizin
Immer mehr Daten über unsere Gesundheit werden digital gesammelt. (Credits: ktsdesign / shutterstock.com)

Wearables, Smart Watches oder Blutdruck-App im Handy: Die technischen Arzthelfer liefern nahezu alle relevanten Vitaldaten ihrer Besitzer. Die Geräte zeichnen auf Wunsch Cholesterin- und Blutdruckwerte auf, messen den Puls oder analysieren Atemrhythmus und Schlafphasen. Alles Daten, die einem Arzt für die Diagnose einer Erkrankung helfen können, die den Patienten aber auch durchsichtiger machen.

„Big Data“ revolutioniert die Medizin: Die Datenberge sollen schon bald dabei helfen, Patienten gezieltere Behandlungen zukommen zu lassen. Hinter dem Schlagwort versteckt sich vor allem Fleißarbeit und künstliche Intelligenz – um die Muster in Daten zu entdecken, die bisher nicht aufgefallen sind oder die das menschliche Gehirn einfach nicht erkennt. Für den Medizinbereich schlummert hier enormes Potenzial.

Noch liegen die meisten Patientendaten, die in den medizinischen Einrichtungen anfallen, ungenutzt und in heterogener Form brach. Ein Mensch kann wenig mit diesen Datenbergen anfangen. Für Computer sind Big Data aber begehrter Rohstoff, den sie ohne Probleme ordnen, miteinander kombinieren und analysierbar machen. Aber: Wenn ausreichend Daten vorliegen, können die Rechner Krankheiten teilweise bereits erkennen, bevor sie auftreten. Dafür analysieren sie Muster und Zusammenhänge in großen Patientendatensätzen und werten diese aus.

Vorteile und Risiken von Big Data in der Medizin

Es wäre also theoretisch möglich, die Auslöser einer Krankheit zu entdecken, indem man umfangreiche Daten von tausenden Patienten vergleicht, so die Hoffnung der Mediziner. Dafür müssen die Daten aber erst einmal zugänglich gemacht werden. Dann könnten leistungsstarke Rechner die riesigen Mengen an Patientenakten, Fachartikeln, Protokollen oder ähnliches durchforsten und den Fortschritt in der Medizin beschleunigen.

Diese Vorteile könnte Big Data der Medizin bringen:

  • Zusammenhänge bei der Prävention von Krankheiten würden schneller erkannt.
  • Erkrankungen könnten früher diagnostiziert werden.
  • Programme könnten evidenzbasierte Diagnosen und Therapien vorschlagen.
  • Patienten  würden schneller behandelt.
  • Unnötige Behandlungen und Untersuchungen könnten reduziert werden.
  • Kliniken, Ärzte und das gesamte Gesundheitswesen könnten Kosten sparen.

Doch überall, wo Daten gespeichert werden, wo mit Daten gearbeitet wird, lauern auch Risiken. Ärzte warnen davor, allein auf die Auswertung eines Computers zu vertrauen. Zum einen ist ein Patient nicht nur eine statistische Wahrscheinlichkeit, sondern ein Mensch, der ein menschliches Urteil verdient. Zum anderen zielen die Rechenprogramme – anders als klinische Studien – nicht direkt auf die Testung von Hypothesen über Ursache-Wirkung-Beziehungen, sondern decken lediglich Korrelationen zwischen Datensätzen auf. Um Wirksamkeit und Nutzen einer Behandlung wirklich belegen zu können, braucht man aber kausale Zusammenhänge.

Smarte Geräte werden immer beliebter. Mit vielen lässt sich auch die eigene Gesundheit tracken.
Smarte Geräte werden immer beliebter. Mit vielen lässt sich auch die eigene Gesundheit tracken.

Sicherheitsrisiko Datenschutz

Und neben vielen Unwägbarkeiten ist für die Erfassung großer Datenmengen natürlich auch die Sicherheit der Daten wichtig sowie der Datenschutz. Jeder, der Daten erhebt, muss gewährleisten, dass sie nicht missbraucht werden. Sie dürfen also weder gewerblich genutzt noch unerlaubt weitergegeben werden. Ein Szenario, in dem ein Supercomputer einem Arzt zur Seite steht und ihm hilft, die Symptome und Messwerte des Patienten mit neuen Studien und Therapieempfehlungen zu verknüpfen, ist noch Utopie. Und bislang scheint auch der IBM-Supercomputer Watson bei der Therapie von Tumorerkrankungen keine Heilungswunder vollbringen zu können. Das in 2013 angekündigte Großprojekt für ein onkologisches Expertensystem auf Basis von Watson am MD-Anderson-Krebszentrum der Universität Texas liegt brach. Möglicherweise wurden auch die Ziele für die KI in der Medizin noch zu hochgesteckt.

Big Data in der Medizin: Aktuelle Anwendungsbeispiele

In Ansätzen ist der Einsatz von Big Data in der Medizin aber schon heute Realität. Etwa die großen Genomsammlungen, auf die die Systemmedizin bereits zurückgreift. Das britische „100,000 Genomes Project“ will 100.000 Genome entschlüsseln. Die Niederlande haben das „GoNL“ (Genome of the Netherlands), Saudi-Arabien das Saudi Human Genom Programme“ und in den USA hat Obama in 2015 die „Precision Medicine Initiative“ angekündigt, mit dem Ziel, genetische und medizinische Daten von 1.000.000 Personen zu sammeln. Die Genomsequenzierungen bilden einen Datenpool, dessen Nutzung neue wissenschaftliche Entdeckungen und medizinische Erkenntnisse für die Zukunft ermöglicht.

Ein anderes Beispiel ist die Pharmaforschung, die sich ebenfalls bereits Big Data bedient: Normalerweise dauert die Entwicklung eines neuen Medikaments Jahre oder Jahrzehnte. Die Hilfe von Computern und intelligenten Algorithmen kann die Pharma- und Medizinforschung jedoch in beinahe jeder Phase der Wirkstoffentwicklung beschleunigen, von der Idee, bis zur Erprobung in klinischen Studien. So kommt die effektive Nutzung der Datenberge letztlich den Patienten zugute, wie ein Beispiel aus Mittelhessen zeigt: Ein Team des Forschungscampus Mittelhessen will mit Daten aus Patientenregistern bestehende Versorgungslücken bei Morbus Crohn und Colitis Ulcerosa identifizieren und helfen die medizinische Versorgung für Kinder und Jugendliche verbessern. Unter Federführung von Dr. Jan De Laffolie, dem Leiter der Kindergastroenterologie am Universitätsklinikum Gießen und Marburg (UKGM), sollen unter anderem die bestehenden Daten konsolidiert und durch neue Datensätze und Analysemethoden ergänzt werden, um herauszufinden, ob sich so individuelle Versorgungsdefizite verringern lassen.

Auch Prof. Dr. Keywan Sohrabi und Prof. Dr. Volker Groß vom Fachbereich Gesundheit an der Technischen Hochschule Mittelhessen (THM) bringen ihre Kompetenzen auf den Gebieten Big Data, Data Mining und E-Health in den Forschungsverbund ein: „Die Medizininformatik ist heute in der Lage, riesige Datenmengen zu verarbeiten. Für die Zukunft der Medizin ergeben sich daraus ganz neue Perspektiven. Wir können so zum Beispiel aus der Analyse von anonymisierten Patientendatenbanken Schlüsse für die individuelle Therapie ziehen“, erläutert Prof. Sohrabi. Unterstützt wird das Wissenschaftlerteam durch Prof. Dr. Henning Schneider, Dekan des Fachbereichs Gesundheit der THM und Leiter des Instituts für Medizinische Informatik der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU). Erst so können Forschung, Krankenhausmanagement, Industrie und am Ende die Patienten optimalen Nutzen daraus ziehen.

Auch die Gießener Firma Alcedis verknüpft Big Data mit klinischen Studien. Das Ziel: Arzneimittel zur Zulassungsreife zu bringen und für Ärzte und Patienten zugänglich zu machen. Alcedis bietet mit Standorten in Hamburg und New York als Auftragsforschungsinstitut alle medizinisch-wissenschaftlichen Dienstleistungen an, die für die Durchführung einer klinischen Studie notwendig sind.

> Alcedis: Wie Big Data die Medikamentenentwicklung beschleunigt

Trendbericht Robotik: Von OP-Talenten und Kuschelrobben

Dank Robotik und DaVinci könnten so oder so ähnlich in Zukunft immer mehr Operationen aussehen.

Roboter im OP setzen mit dem Skalpell hochpräzise Schnitte und halten dazu noch die 3D-Kamera für die optimale Datenübertragung. Auch im Pflegebereich sind die elektronischen Helfer bereits weltweit etabliert: Sie unterstützen demenzkranke Patienten oder erleichtern Pflegern die körperlich anstrengende Arbeit.

Dank Robotik und DaVinci könnten so oder so ähnlich in Zukunft immer mehr Operationen aussehen.
So oder so ähnlich könnten in Zukunft immer mehr Operationen aussehen. (Credits: Zapp2Photo / shutterstock.com)

Chirurgen der Zukunft operieren mit drei Armen – und am vierten halten sie eine 3D-Kamera. Der Operateur hat aber weder einen Kopf, noch ist er aus Fleisch und Blut, dafür besteht er aus Spezialinstrumenten, Kabeln und jede Menge Elektronik. Zum Hantieren braucht der OP-Profi allerdings einen Arzt, der den Eingriff leitet und an der verlängerten Werkbank seines Roboter-Kollegen sitzt: der Kontrollkonsole. Von hier aus steuert der Mediziner sämtliche Bewegungen und Eingriffe seines ausführenden Partners: dem Da-Vinci-System. Wer nach Operationsrobotern sucht, landet am Ende immer wieder bei dieser Hightech-Maschine – entwickelt von der US-Firma Intuitive Surgical, Marktführer auf diesem Gebiet.

Robotik in der Medizin

Das Da-Vinci-System ist mittlerweile ein etablierter Assistent für Ärzte, die aber immer die Regie führen. Bislang setzten Mediziner weltweit das System vor allem bei urologischen Eingriffen ein. Im Jahr 2017 wurden sogar erstmals mehr roboterassistierte als konventionelle OPs durchgeführt. 

Ärzte und Patienten profitieren von den Vorteilen: Es gibt weniger postoperative Komplikationen wie zum Beispiel schlechte Wundheilung, denn dank der Robotik sind nur sehr kleine Schnitte nötig. Auch am Universitätsklinikum Gießen zieht ein Roboter in den Operationssaal ein: Ab Sommer 2019 bekommen die Ärzte Unterstützung durch ein Da-Vinci-System. Die Mediziner können mit maschineller Hilfe ihre Eingriffe dann bis auf einen Zehntel Millimeter genau durchführen. Unwillkürliches Zittern wie es selbst bei einem routinierten menschlichen Chirurgen vorkommen kann, ist bei Roboter-Kollegen ausgeschlossen. Denkbar ist, sie zudem mit virtueller Realität auszustatten, die den Medizinern erlaubt, noch tiefer in ihr Operationsfeld einzutauchen.

Roboter als Pflegehelfer

Auch wenn wir von Roboter-Doktoren noch weit entfernt sind, werden immer mehr Roboter im Gesundheitssektor eingesetzt.
Auch wenn wir von Roboter-Doktoren noch weit entfernt sind, werden immer mehr Roboter im Gesundheitssektor eingesetzt.

Während es in Operationssälen vor allem auf exaktes Positionieren, präzises Schneiden und hochauflösende Kameraaufnahmen ankommt, spielt bei Robotern in der Pflegemedizin ein anderer Aspekt eine Rolle: Menschlichkeit. Die Roboter sollen eine Mischung aus Pfleger und Freund sein – also sich um Frühstück und Medikamente kümmern, Telefongespräche vermitteln, Schachspielen oder im Falle eines Sturzes Hilfe holen. 

Durch diese Fähigkeiten können sie alten Menschen künftig ermöglichen, länger selbständig zu wohnen. Auch für die eigentlichen Pflegetätigkeiten sollen die Maschinen fit gemacht werden – und möglicherweise schon bald im Klinik-Alltag die körperliche Belastung von Krankenschwestern und -pflegern reduzieren.

Therapeut auf Kuschelkurs

Dagegen wird der Roboter Paro, ein Schmusetier in Form eines Robbenbabys, bereits eingesetzt: zur Therapie bei fortgeschrittener Demenz. Er kann den Kopf bewegen und Laute von sich geben. Behandelt man die Kuschelrobbe gut, wird sie beispielsweise anhänglich. Paro soll einen beruhigenden Einfluss haben und so die Patienten gesprächiger und gelöster werden lassen. Im Gegensatz dazu rollt der Roboter Pepper in menschlicher Gestalt umher und trägt ein Display auf seiner Brust. Er kann singen, sprechen, spielen und turnen. Wie solche Roboter das Personal von Pflegeheimen künftig möglicherweise entlasten können, wird derzeit erprobt. Ein weiteres Anwendungsfeld sind Reha-Roboter, die beispielweise Patienten bei ihrer Bewegungstherapie nach einem Schlaganfall unterstützen. Ersetzen können Roboter professionelle Ärzte, Pfleger oder Therapeuten nicht, aber sie stellen ein neues Werkzeug dar, um Patienten bestmöglich zu helfen.

Winzige Gesundheitshelfer: Wie Insekten helfen neue Medikamente zu entwickeln

Marienkäfer sind nur eines von vielen Insekten mit unglaublichen Fähigkeiten – von denen Forscher einiges über multiresistente Keime lernen können.

Marienkäfer als Fundgruben für Antibiotika oder Maden als Biochirurgen und Wundheiler: Insekten besitzen ungeahnte Fähigkeiten. Welchen Beitrag die winzigen Krabbler für die Medizin der Zukunft leisten können, erforschen Wissenschaftler am neuen Fraunhofer-Institut für Bioressourcen in Gießen. Und die Experten der Insekten-Biotechnologie haben bereits erste Erfolge vorzuweisen.

Marienkäfer sind nur eines von vielen Insekten mit unglaublichen Fähigkeiten – von denen Forscher einiges über multiresistente Keime lernen können.
Marienkäfer sind nur eines von vielen Insekten mit unglaublichen Fähigkeiten – von denen Forscher einiges lernen können.

Von Insekten lernen, heißt siegen lernen. Das ist die These von Prof. Dr. Andreas Vilcinskas, wenn er Menschen seine Forschung erklärt – und dabei näher auf seine Tierchen im Labor eingeht: Der Zoologe spricht von Käfern, Motten und Moskitos und deren Larven – und wie diese vielleicht schon bald wichtige Impulse für die Medikamentenentwicklung liefern könnten. Hört man dem zukünftigen Leiter des Fraunhofer-Instituts für Bioressourcen in Gießen weiter zu, erkennt man welche verborgenen Talente in den Sechsbeinern stecken. „Insekten sind die erfolgreichste Lebensform auf unserem Planeten. Es gibt über eine Million Arten“, sagt Vilcinskas. Aber auch auf molekularer Ebene sind Insekten außerordentlich divers, sie gleichen einer Schatztruhe gefüllt mit Wirkstoffen: „Davon kann auch die Medizin künftig profitieren“, so der Forscher.

Prof. Dr. Andreas Vilcinskas Leiter des Fraunhofer-Instituts für Bioressourcen
Prof. Dr. Andreas Vilcinskas
Leiter des Fraunhofer-Instituts für Bioressourcen

Wunden heilen ohne Skalpell

Bereits seit Kindesbeinen begeistert sich der Zoologe für Schmetterlinge und ist leidenschaftlicher Entomologe, also Insektenkundler. Und Vilcinskas schuf auch den Begriff der Insekten-Biotechnologie oder „gelben Biotechnologie“ – abgeleitet vom gelb gefärbten Insektenblut, der sogenannten Hämolymphe. 

Ziel seiner Forschung: biotechnologische Methoden entwickeln und anzuwenden, um die Insekten oder auch einzelne Moleküle der Krabbler, Zellen, Organe oder Mikroorganismen in konkrete Produkte oder Dienstleistungen zu überführen. Und Vilcinskas hat eine Vielzahl an konkreten Beispielen parat: „Es ist bekannt, dass mithilfe sogenannter Wundmaden entzündetes Gewebe bis zu 18 Mal schneller abheilt.“ Die Tiere sondern ein Sekret ab, mit dem sie totes Gewebe inklusive der Bakterien auflösen. Es handelt sich dabei um ein hochkomplexes Gemisch aus 47 antimikrobiellen Substanzen. „Unter diesen befinden sich Wirkstoffe, die für Anwendungen in Wundauflagen, Salben oder Pflastern entwickelt werden“, so der Zoologe.

Insekten-Wirkstoffe biotechnologisch erzeugen

Ein anderes Beispiel ist der Asiatische Marienkäfer. In Deutschland wurde der Winzling beispielsweise zur Blattlaus-Bekämpfung eingesetzt und hat sich seither so rasant vermehrt, dass er dort heimische Arten verdrängte. Vilcinskas und sein Team schlossen daraus, dass der invasive Käfer ein besonders leistungsfähiges Immunsystem besitzt, weil er mit unbekannten Keimen fertig werden muss. Und die Forscher identifizierten auch eine Schlüsselsubstanz: das Harmonin. Dieses Molekül zeigte eine Wirkung gegen Tuberkulose-, Bilharziose- und Malaria-Erreger. Zudem dient Harmonin den Forschern als chemisches Grundgerüst, um neue Medikamente zu entwickeln – unter anderem Antibiotika gegen multiresistente Keime. Gemeinsam mit Experten des Pharmakonzerns Sanofi versuchen die Forscher nun, diesen Insekten-Wirkstoff fit für die Anwendung zu machen. Aber: „Die Wirkstoffe nur zu finden, reicht nicht aus. Wir müssen immer auch eine Produktion im größeren Maßstab vor Augen haben“, so der Insektenforscher. Dazu kooperiert er mit Prof. Dr.-Ing. Peter Czermak vom Institut für Bioverfahrenstechnik und Pharmazeutische Technologie der Technischen Hochschule Mittelhessen. „Die Kollegen programmieren beispielsweise Insektenzellen genetisch so um, dass sie sich in einem Bioreaktor kultivieren lassen und die gewünschten Wirkstoffmoleküle produzieren“, erklärt Vilcinskas. So könnten aus den Wirkstoffen der Insekten bald hilfreiche Ausgangsprodukte für die Pharmaindustrie entstehen.

Nützliche Enzyme und Mikroorganismen aufspüren

Aber nicht nur die Insekten selbst sind eine Fundgrube für potenzielle Arzneimittel. Auch Mikroorganismen aus dem Darm von Käfern und Maden existieren oder derer sie sich bedienen, können Ausgangspunkt neuer Medikamente sein: Der Totengräberkäfer ist ein solcher Fall. Das Tier kann mit seinen Fühlern Aasgeruch über mehrere Kilometer Entfernung aufspüren. Findet der Käfer so beispielsweise eine tote Maus, konserviert er diese mit einem speziellen Sekret, weil er mit dem Kadaver später seine Larven ernährt. „Im Speichel fanden wir eine Reihe von Konservierungsstoffen, die unter anderem auch für die Lebensmittelindustrie interessant sein könnten“, sagt Vilcinskas. „Der Totengräberkäfer schützt damit den Mäusekadaver vor dem Verwesen. Gleichzeitig beherbergt das Insekt spezielle Bakterien und Pilze im Magen-Darm-Trakt, die bei der Konservierung mithelfen.“ Sobald der Käfer seine Eier abgelegt hat, sondert er ein weiteres Sekret ab, das die tote Maus verflüssigt – und so die Nahrungsgrundlage für die Nachkommen verfügbar macht. Auch hier wollen die Forscher die Enzyme und Wirkstoffe identifizieren, um diese für neue Anwendungen in der Industrie zu erschließen.

Im Labor werden Bakterien in Petrischalen gezüchtet.
Im Labor werden Bakterien in Petrischalen gezüchtet.

Mittelhessen – Hochburg für Insektenforschung

Wenn der Entomologe von seinen Forschungsprojekten erzählt, wird klar: Die Ideen werden in Gießen nicht so schnell ausgehen. „Ich bin Überzeugungstäter“, sagt der Zoologe. Mit seinem Engagement hat er Mittelhessen in den letzten Jahren zu einem weltweit einzigartigen Hotspot in Sachen Insektenforschung gemacht. Dank der Hessischen Forschungsförderung entstand an der Justus-Liebig-Universität Gießen ein Leuchtturmprojekt: Das LOEWE-Zentrum für Insektenbiotechnologie & Bioressourcen – kurz ZIB, ein weltweiter Vorreiter auf diesem Gebiet.

Die Insekten-Biotechnologen in Mittelhessen vereint Fachwissen und erfolgreiche Forschung. In den vergangenen sechs Jahren haben die Wissenschaftler 36 Millionen Euro an Forschungsgeldern vom Hessischen Ministerium für Wissenschaft und Kunst (HMWK) bekommen und zusätzlich über 14 Millionen Euro eingeworben.

Fakt multiresistente Keime

Das Forschungsgebiet „Gelbe Biotechnologie“, ist auch Dreh- und Angelpunkt des neuen Fraunhofer-Instituts für Bioressourcen, das derzeit in Gießen aufgebaut und von Vilcinskas geleitet wird. In enger Zusammenarbeit mit dem ZIB soll das Institut das innovative und ökonomische Potenzial der Insektenbiologie weiter erschließen. Es ist ein Bindeglied zwischen der akademischen Forschung, technischen Hochschulen, Produktentwicklern und der Industrie. Aus ursprünglich zehn Fraunhofer-Mitarbeitern im Jahr 2010 sind mittlerweile über 100 geworden, die hier die Talente von Käfern, Bienen und Co. in all ihren Facetten untersuchen. Hessen und der Bund haben 30 Millionen Euro in den Neubau für das im Aufbau befindliche Fraunhofer Institut investiert, der im Herbst diesen Jahres bezogen werden soll. Für die Wissenschaftler und den Standort Mittelhessen trifft jedenfalls der Spruch zu: gemeinsam mit Insekten das Siegen lernen.

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Fraunhofer Institut

Zoologe Prof. Dr. Andreas Vilcinskas gründete 2009 in Gießen die Fraunhofer-Projektgruppe „Bio-Ressourcen“ in Gießen. Sie ist in Deutschland und Europa die erste operative Einheit, die gezielt auf dem Feld der Insektenbiotechnologie forscht und neue Anwendungsbereiche erschließt. Mit dem durch die hessische Exzellenzinitiative LOEWE geförderten Schwerpunkt-Projekt „Insektenbiotechnologie“ verfolgt die Gruppe als übergeordnete Ziele die Identifizierung und Entwicklung von Enzymen sowie von antimikrobiellen Peptiden mit Anwendungspotential in der industriellen Biotechnologie, der Medizin und im Pflanzenschutz.

Jetventilation: Neue Beatmungstechnologie für Neugeborene – Wenn Atmen lebensgefährlich wird

Herkömmliche Beatmungsmethoden können bei der Operation von Neugeborenen große Risiken bergen. Jetventilation minimiert die Risiken.

Nicht immer sind Beatmungsgeräte lebensrettend. Bei Operationen wird Sauerstoff in der Lunge zwar dringend gebraucht – aber die Atembewegung stört. Der Eingriff mit dem Skalpell könnte Blutgefäße verletzen. Medizintechnik-Experten von ACUTRONIC Medical Systems Deutschland GmbH haben jetzt den Markt für Beatmungsgeräte revolutioniert: Jetventilation bannt die Gefahr bei der OP, weil die Thoraxexkursion komplett stillgelegt wird.

Herkömmliche Beatmungsmethoden können bei der Operation von Neugeborenen große Risiken bergen. Jetventilation minimiert die Risiken.
Herkömmliche Beatmungsmethoden können bei der Operation von Neugeborenen große Risiken bergen. Jetventilation minimiert die Risiken.(Credits: Bibiz1 / shutterstock.com)

Es ist ein Horrorszenario für Eltern: Das Baby kommt mit einem respiratorischen Versagen auf die Welt. Dies stellt eine der häufigsten und schwerwiegendsten Komplikationen nach Geburt eines Neugeborenen dar. Jede Minute ist kostbar – ein Wettlauf gegen die Zeit beginnt. Jeder Handgriff der Ärzte muss sitzen.

Auch Anomalien in den Atemwegen treten häufiger auf und müssen operiert werden – und das birgt hohe Risiken: „Operationen bei Säuglingen sind hochgefährlich, da der Atemweg sehr kurz und eng ist. Vor allem ihre Atmung erschwert präzise Eingriffe am Thorax“, erklärt Fatih Yüksel, Geschäftsführer von ACUTRONIC Medical Systems Deutschland GmbH. Als Marktführer liefert das Unternehmen weltweit Beatmungsgeräte der Jetventilation und Membran-/ Hochfrequenztechnologie.

Fatih Yüksel Geschäftsführer von ACUTRONIC Medical Systems Deutschland GmbH
Fatih Yüksel
Geschäftsführer von ACUTRONIC Medical Systems Deutschland GmbH

Um solche heiklen Operationen an Neugeborenen risikofreier durchzuführen, forscht ACUTRONIC in Kooperation mit ThoraTech und der Technischen Hochschule Mittelhessen (THM) Gießen an Beatmungstechnologien, die Sauerstoff mit minimalen Scherkräften in den Körper pumpen. So können Chirurgen präziser arbeiten und Verletzungen durch OP-Instrumente verbeugen.

Behutsame Beatmung für Neugeborene

Bei der Beatmung, der sogenannten Intubation, wird der Kopf der kleinen Patienten überstreckt, sodass Mund und Rachen mit den Atemwegen eine Linie bilden. Eine Maschine pumpt dann den Sauerstoff in die Lunge. Bei der endobronchialen Intubation über den Mund, führt der Arzt den Tubus gezielt in einen Lungenflügel ein. Üblicherweise hat ein Tubus einen Durchmesser zwischen drei und sechs Millimeter und stört deshalb erheblich bei Operationen an Babys. Anders bei der Jetventilation: „Weil der Schlauch nur etwa zwei Millimeter Durchmesser hat ist er kaum wahrnehmbar“, so Yüksel. Das bedeutet der Patient kann während der Operation problemlos Mund und Nase geöffnet halten, „weil wir durch die Zirkulation keinen Druck in der Lunge brauchen“, berichtet Yüksel. Jetventilation bietet aber noch einen zusätzlichen Vorteil: „Weil der Körper sich nicht bewegt lassen sich auch die notwendigen Messungen aller Werte viel präziser durchführen“, so der Geschäftsführer.

„Wir sind schon auf einem guten Weg. Die Bildung von Netzwerken im Bereich Medizinwirtschaft – das Zusammenbringen von Wissenschaft, Forschung und Unternehmen, die die Ideen schließlich in Produkte umsetzen und vermarkten, muss dennoch weiter forciert und unterstützt werden.“
Dr. Andreas Weißflog Geschäftsführer Thora Tech GmbH
Dr. Andreas Weißflog
Geschäftsführer Thora Tech GmbH

 Thora Tech: Innovationspartner der THM

Die Thora Tech GmbH plant, gestaltet und produziert innovative Medizingeräte und medizinische Baugruppen am Anwenderzentrum für Medizintechnik der Technischen Hochschule Mittelhessen in Gießen. Neben der Entwicklung eigener Produkte und Softwarelösungen für medizinische Anwendungen, bietet das Unternehmen Service und Support bei technischen und regulatorischen Anforderungen an neue Medizingeräte.

Flow statt Druck: Jetventilation schont Lunge

Die Jetventilation basiert auf dem Venturi-Prinzip: In einem Rohr ist die Geschwindigkeit des Flows dort am größten, wo der Querschnitt des Rohrs am kleinsten ist. Bei der Jetventilation spielt sich dies allerdings in einem echten Kreislauf ab: Durch einen engen Tubus pumpt die Maschine das komprimierte Volumen aus dem Gerät in die Lunge, die damit umspült wird. Anhand der Vitalwerte von Neugeborenen, steuert der Neonatologe bei Operationen, wie viele künstliche Atemzüge die Maschine auslöst. Die Werte schwanken zwischen drei und 500 pro Minute. Zum Vergleich: Ein Erwachsener benötigt nur 150 pro Minute. Da die Atemwege unverschlossen bleiben, stellt sich eine Ventilation ein: Sauerstoff diffundiert in die Lungenbläschen, den Aveolen der Bronchien, und mit jedem weiteren Stoß wird Kohlenstoffdioxid herausgespült.

Besonders für die empfindlichen, kleinen Atemwege von Neugeborenen, eignen sich Jetventilatoren gut, weil sie keinen peripheren Luftdruck in der Lunge erzeugen. Das schont die Atemwegsorgane. Der Unterschied von Jetventilation für Neugeborene – im Vergleich zur Beatmung von Erwachsenen – liegt in der richtigen Portionierung des Sauerstoffs. Diese muss je nach Lungenvolumen des Patienten angepasst werden. Yüksel: „Für Säuglinge müssen wir kleine Volumina dosieren – und das geht nur durch eine spezielle Membrantechnologie.“ Dabei schwingt in einem Luftspeicher, bei dem niedrige Beatmungsdrücke herrschen, eine Membran in einer sehr hohen Frequenz – ähnlich wie eine Lautsprechermembran. Das sorgt dafür, dass das Volumen in einer Strudelbewegung nach Außen weitergegeben wird. Diese kann sich dann effektiv entlang der gesamten Atemwege entfalten.

„Würde ich das Gerät ohne Bedenken an meinem Kind anwenden? Erst wenn wir diese Frage mit einem klaren JA beantworten können, bringen wir das Produkt auf den Markt.“
Dr. Andreas Weißflog
Geschäftsführer Thora Tech GmbH

Innovation der Medizintechnik im Bereich Neonatologie

Die medizintechnischen Entwicklungen und Produkte entstehen in einem Netzwerk in Mittelhessen: Seit 2017 kooperiert ACUTRONIC Medical Systems Deutschland GmbH mit der THM und mit der ThoraTech GmbH. Das ebenfalls in Gießen ansässige Unternehmen ist für den gesamten Lebenszyklus von Medizingeräten zuständig – auch für die allgemeine Supply-Chain. Das Team besteht aus Ingenieuren, Technikern und Medizinern und steht für Innovationen in der Medizintechnik. Gemeinsam hat sich das Duo aus ACUTRONIC und ThoraTech und auf Hochfrequenz-, Neonatalogie- und Jetventilation spezialisiert – und die Experten kennen sich schon lange: „Seit der Studienzeit vereint uns der Wunsch lebensrettende Geräte zu entwickeln“, berichtet Yüksel. Bis solche Technologien klinische Erfolge erzielen, dauert es aber Jahrzehnte, zumal nicht an lebenden Menschen getestet werden kann. Tierversuche werfen ethische und moralische Fragen auf, was die Forschung zusätzlich erschwert. Anhand klinischer Daten, werden die Geräte schließlich getestet. Die Erfolge und Emotionen auf Neugeborenen-Stationen motivierten das Team um Fatih Yüksel auf diesem Gebiet weiter zu arbeiten. Aber: „Die Forschung an neuen Beatmungstechnologien für Frühgeborene ist ein sehr sensibles und emotionales Thema“, sagt Yüksel – nicht nur für die Eltern, auch für das gesamte Team. Yüksel: „Nur indem wir weiterforschen und den regulativen Aufwand gerecht werden, können wir noch effektivere Geräte entwickeln und somit den Menschen von morgen helfen.“ Der Fortschritt in Technik und Industrie der Neonatologie liegen dem Geschäftsführer sehr am Herzen – vor allem weil Neugeborene nicht für ihre Umstände verantwortlich sind.

Firmenporträt

ACUTRONIC Medical Systems AG

Die ACUTRONIC Medical Systems AG produziert und vertreibt Beatmungs- und Überwachungslösungen für Intensivstationen und Intensivpflege. Sie ist der führende Produzent von Beatmungstechnologie in den Bereichen Neonatologie, Pädiatrie und Jet-Beatmung.

Medizintechnik mit 3D: Orthopädische Einlagen für Leistungssportler und Sicherheitsschuhe

Eine CNC-Fräse fertigt orthopädische Einlagen – genau abgestimmt auf die individuellen Bedürfnisse jedes Kunden.

Falsche Schuhe können Fehlstellungen der Füße verursachen. Deshalb brauchen beispielsweise Industriearbeiter, die ganztags in schweren Sicherheitsschuhen auf den Beinen sind, optimale orthopädische Einlagen. Mit modernster 3D-Technologie produziert Daniel Hartmann die medizinischen Hilfsmittel. Aber auch renommierte Sportler setzen auf die orthopädische Hightech-Qualität aus Mittelhessen.

Eine CNC-Fräse fertigt orthopädische Einlagen – genau abgestimmt auf die individuellen Bedürfnisse jedes Kunden.
Eine CNC-Fräse fertigt orthopädische Einlagen – genau abgestimmt auf die individuellen Bedürfnisse jedes Kunden.

Die Füße von Gesa Felicitas Krause haben Dauerstress: Laufen, Hürden überspringen, Wassergräben meistern, landen, abrollen und von vorne – hundertfache Wiederholungen. Die Europameisterin über 3.000 Meter Hindernis trainiert hart, und ihre Füße sind ihr Kapital. Und deshalb brauchen sie optimale Unterstützung, um Langzeitschäden oder Fehlstellungen vorzubeugen. Denn nur dann kann die Ausnahmesportlerin auch Höchstleistungen bringen wie bei der Leichtathletik-EM 2018 in Berlin.

Maßgeschneiderte orthopädische Einlagen

Sportler wie Krause verlassen sich deshalb auf orthopädische Einlagen, die optimal auf ihre Füße und ihre sportlichen Aktivitäten abgestimmt sind. Und die Europameisterin setzt dafür auf einen orthopädischen Fachbetrieb in Mittelhessen: die Firma Hartmann in Dillenburg. Der Betrieb ist auf gesunde Bewegung und biodynamische Abläufe spezialisiert und kennt die Bedürfnisse von Hochleistungssportlern genau. Denn meist benötigen Sportler unterschiedliche orthopädische Einlagen: „Während Modelle für Trainingsschuhe dauerelastisch und dämpfend für das regelmäßige Training sein sollen, müssen Wettkampfschuhe mit Spikes Extrasohlen zum Springen haben“, sagt Daniel Hartmann, Geschäftsführer und Orthopädie-Schuhmachermeister der Firma Hartmann.

Aber neben orthopädischen Einlagen für Sportschuhe produziert Hartmann auch Einlagen für Sicherheitsschuhe. Die Palette reicht von sehr weichen bis stark versteifenden Materialien. Der Orthopädie-Experte optimiert die Sohlen so, dass sie an den individuellen Bewegungsablauf angepasst sind. Denn orthopädische Fehlstellungen können laut Podologen starke Schmerzen bei Gehen verursachen. Und gerade für Arbeiter, die zum Beispiel Sicherheitsschuhe oft länger als acht Stunden tragen müssen, kann das sehr belastend sein.

Daniel Hartmann Orthopädieschuhmacher bei Matthias Hartmann Orthopädie + Sport GmbH
Daniel Hartmann
Orthopädieschuhmacher bei Matthias Hartmann Orthopädie + Sport GmbH

Mit einer optimal angefertigten Einlage hingegen belasten sie den Fuß gleichmäßig. So werden auch Folgeschäden wie Hüftprobleme vermieden. Bei Patienten mit Arthrose beispielsweise arbeitet Daniel Hartmann deshalb eher bettend, sodass sie bequem und schmerzlindernd laufen können.

Diagnose mit moderner 3D-Technologie

Um für jeden Fuß die richtige Einlage zu fertigen, misst Hartmann die Füße seiner Kunden mit unterschiedlichen Verfahren, zum Beispiel mit dem 3D-Fußabdruck: Eine elektronische Sensorsohle erfasst die Kräfte, die während der Schrittabwicklung direkt auf den Fuß einwirken. Der Computer wertet die Druckdaten und Abrolllinie des Fußes mit 3D-Aufnahmen aus. So erhält man einen präzisen Überblick über die Druckverteilung der gesamten Fußsohle. „Einseitige Belastungsspitzen können wir zum Beispiel mit weichbettenden Maßeinlagen gleichmäßig verteilen“, erklärt Hartmann.

Und mit einem 3D-Fußscan nimmt Hartmann Bilder der belasteten Fußsohle auf: „Damit analysieren wir die Belastungsfläche des Fußes und die Hautbeschaffenheit. So erkennen wir, an welchen Stellen die orthopädischen Einlagen korrigierend wirken müssen“, erklärt Hartmann. Hartmann speichert die Daten, um später die Erfolge der Behandlung zu kontrollieren.

Moderne Orthopädie-Technik auf einen Blick

Eine elektronische Sensorsohle misst Kräfte, die während der Schrittabwicklung direkt auf den Fuß einwirken. Der Computer wertet die Druckdaten und Abrolllinie des Fußes mit 3D-Aufnahmen aus. Das Ergebnis: Ein präziser Überblick über die Druckverteilung der gesamten Fußsohle.

Ein 3D-Scan analysiert die Belastungsfläche des Fußes und die Hautbeschaffenheit. Die Belastungsfläche liefert Informationen darüber, an welchen Stellen des Fußes orthopädische Einlagen korrigierend wirken müssen.

Das digitale Messsystem benötigt nur fünf Minuten für die präzise Vermessung der Umfangs- und Längenmaße der Beine für eine optimale Versorgung mit perfekt sitzenden Kompressionstrümpfen. Aufgrund der Genauigkeit der genommenen Maße schlägt der intelligente Datenkonfigurator der Software die perfekt passenden orthopädischen Einlagen vor.

Die Bewegungsanalyse wertet aus, wie sich der Fuß in der Abstoß-, Stand- und Landephase verhält: Knickt der Fuß nach innen (Pronation) oder rollt er zu sehr nach außen ab (Supination).

Alle Mess- und Analysedaten fließen in ein CAD-System, mit dem die Hartmann-Techniker dann individuelle Maßeinlagen erstellen und auf einer vollautomatischen CNC-Fräsmaschine produzieren – genau abgestimmt auf den jeweiligen Kunden. Und mit dieser engen Orientierung an Kundenbedürfnissen hat Hartmann bereits Spitzensportlern die Karriere retten können: So hat er einer bekannte Mehrkämpferin, die unter extremen Muskulatur-Problemen im Unterschenkel litt geholfen: „Ihre Schmerzen waren so stark, dass sie nicht trainieren konnte und kurz vor dem Ausstieg aus dem Leistungssport stand. Nachdem wir ihre Beine und Füße vermessen und optimlae orthopädischen Einlagen gefertigt haben trainiert sie wieder beschwerdefrei für Wettkämpfe,“ erzählt Hartmann. Mit seiner orthopädischen Fertigungskompetenz verhilft die Firma Hartmann Sportlern zu Höchstleistungen, sorgt für Sicherheit in gefährlichen Arbeitsumfeldern und lindert orthopädische Belastungen von Patienten. Damit ist der Betrieb Hartmann ein Paradebeispiel für die orthopädische Fertigungskompetenz der Region Mittelhessen.

Firmenporträt

Matthias Hartmann Orthopädie + Sport GmbH

Die Firma Matthias Hartmann Orthopädie und Sport GmbH aus Dillenburg legt den Schwerpunkt auf gesunde Bewegung und biodynamische Abläufe. Das von Daniel Hartmann in der zweiten Generation geführte Unternehmen existiert seit 28 Jahren und beschäftigt aktuell über 40 Mitarbeiter.

Natürlicher Therapieansatz bei Lungenhochdruck: Atemhilfe aus dem Meer

Erhöhter Blutdruck im Lungenkreislauf ist eine der charakteristischen Auswirkungen von Lungenhochdruck.

Patienten mit pulmonaler Hypertonie leben mit ständiger Luftnot. Heilbar ist die Erkrankung nicht, sie lässt sich nur lindern. Ein Forscher-Team am Deutschen Zentrum für Lungenforschung in Gießen untersuchte den Braunalgen-Extrakt Fucoidan zur Behandlung des Lungenhochdrucks und kam zu vielversprechenden Ergebnissen.

Erhöhter Blutdruck im Lungenkreislauf ist eine der charakteristischen Auswirkungen von Lungenhochdruck.
Erhöhter Blutdruck im Lungenkreislauf ist eine der charakteristischen Auswirkungen von Lungenhochdruck. (Credits: bykst / pixabay.com)

Bergsteiger erleben es, wenn sie hohe Gipfel erklimmen: Sie ringen nach Luft, weil der Sauerstoffgehalt abnimmt. Für Patienten mit Lungenhochdruck gehört diese Kurzatmigkeit zum Alltag – bereits geringste Anstrengungen bringen sie an ihre Belastungsgrenzen. Wenige Treppenstufen steigen und kurze Fußwege fühlen sich für die Erkrankten an wie Hochleistungssport. 

„Charakteristisch für Lungenhochdruck, die pulmonale Hypertonie, ist der krankhaft erhöhte Blutdruck im Lungenkreislauf. Das führt zu Atemnot und verminderter körperlicher Leistungsfähigkeit“, erklärt Prof. Dr. Ralph Schermuly vom Deutschen Zentrum für Lungenforschung am Fachbereich Medizin der Justus-Liebig-Universität Gießen. 

In der Folge muss das Herz ständig und immer stärker gegen den Widerstand der durch die Krankheit verengten Gefäße anpumpen, um die Lunge gut zu durchbluten. Langfristig kommt es zu einer Herzmuskelschwäche und letztendlich zum Tod durch Herzversagen. „Das Organ schafft es einfach nicht mehr, genug Druck aufzubauen – und das, obwohl die Lungenfunktion normal ist und auch kein erhöhter Blutdruck vorliegt“, erklärt der Biologe und Lungenforscher.

Pulmonale Hypertonie – schwer zu diagnostizieren

Weil die Symptome der pulmonalen Hypertonie so unspezifisch sind, kann es etwa zwei Jahre bis zur Diagnose dauern. Ein Grund ist auch: Der Druck im Lungenkreislauf, der das Blut vom Herzen zur Lunge und wieder zurückbringt, ist schwer messbar. Verlässliche Werte erhalten Ärzte nur über eine Katheter-Untersuchung, indem sie einen dünnen Schlauch über die Halsvene und das Herz in die Lungenarterie führen und den Blutdruck direkt dort messen. Bei gesunden Menschen im Ruhezustand liegt dieser Wert bei etwa 15 mm Hg (Millimeter Quecksilbersäule). Bei Lungenhochdruck-Patienten sind die Werte etwa vier- bis sechsmal so hoch. 

Es gibt fünf verschiedene Formen der pulmonalen Hypertonie. „Nimmt man alle zusammen, betrifft diese Krankheit letztlich 200 bis 300 Millionen Menschen weltweit“, sagt Schermuly. Auch wenn das Durchschnittsalter zum Zeitpunkt der Diagnose bei etwa 50 Jahren liegt, können Menschen jeden Alters daran erkranken. Pulmonale Hypertonie ist bis heute nicht heilbar. Es gibt lediglich Medikamente, die die Beschwerden lindern und den Krankheitsverlauf verlangsamen.

Die Lunge – ein effizienter Gase-Manager

Etwa 300 Millionen Lungenbläschen, die eine Oberfläche von 100 bis 140 Quadratmetern zur Verfügung stellen, schleusen Sauerstoff (O2) in unseren Körper. Pro Minute ist das etwa ein halber Liter der lebenswichtigen Gasmoleküle. Die Lunge ist nicht ständig gleichmäßig belüftet: Kleine Schleimpfropfen belegen zum Beispiel Bereiche, in die kaum Sauerstoff beim Atmen gelangen kann. Würde das Blut durch diesen Teil fließen, könnten die roten Blutkörperchen auch keine O2-Moleküle aufnehmen – ein Sauerstoffmangel wäre die Folge. Deswegen hat die Lunge einen intelligenten Mechanismus entwickelt. Sie lässt das Blut nur dorthin fließen, wo die Lungenbläschen auch Luft tanken können, also O2 zur Verfügung steht. Das Atem-Organ kann diesen Mechanismus sekundengenau und effizient takten.

Wie Fucoidan in der Zelle wirkt

Bei einem neuen Therapieansatz setzen Schermuly und sein Team auf den Braunalgenextrakt Fucoidan. Im asiatischen Raum wird er seit Jahrhunderten als natürliches Heilmittel verwendet, weil er Entzündungen und Krebs vorbeugen und die Blutgefäße schützen kann. „Wir befassen uns mit der sogenannten hypoxischen pulmonalen Hypertonie, also einer Form, die Menschen betrifft, die zeitweise in großen Höhen ab etwa 3.000 Metern leben“, erklärt der Biologe.

Im Labor untersuchten die Forscher menschliche Zellen aus Lungengewebe und analysierten, welche Signalwege nach der Zugabe des Algenextraktes aktiviert werden. Auch die Zellvermehrung stand im Fokus der Gießener Experten. „Wir konnten feststellen, dass Fucoidan die Zellteilung unterdrückt – und das ist für den Krankheitsverlauf eine positive Nachricht“, sagt Schermuly. Denn in den Gefäßen von Lungenhochdruck-Patienten vermehren sie sich deutlich schneller – und sind auch gegenüber dem natürlichen Zelltod resistenter. Aus diesem Grund sprechen Experten von einem pseudomalignen Charakter, weil sich die Erkrankung ähnlich wie Krebs verhält.

Allerdings sind die Zellen nicht mutiert und es werden auch keine Metastasen gebildet. Die beschleunigte Zellteilung macht die Gefäßwände in der Lunge jedoch immer dicker, das verringert den Durchfluss und es gelangt weniger sauerstoffreiches Blut hindurch. Auf Dauer verstärken sich die beschriebenen Krankheitssymptome.

Prof. Dr. Ralph Schermuly vom Deutschen Zentrum für Lungenforschung am Fachbereich Medizin der Justus-Liebig-Universität Gießen
Prof. Dr. Ralph Schermuly
Deutsches Zentrum für Lungenforschung am Fachbereich Medizin der Justus-Liebig-Universität Gießen

Algenextrakte helfen Lungengefäßen

Nach den vielversprechenden Zellexperimenten untersuchte das Team um Schermuly die Auswirkung von Fucoidan an Tieren. „Dazu haben wir Mäuse über mehrere Wochen unter Bedingungen gehalten, die einem Leben auf etwa 3.500 Metern Höhe entsprechen“, sagt der Biologe. Wie erwartet, erkrankten die Tiere an pulmonaler Hypertonie, der sich mit der Aufnahme von Fucoidan verbesserte. „Wir konnten nachweisen, dass die Lungengefäße dünner und gesünder blieben und auch das Herz besser pumpte“, erklärt er.

Wie häufig bei Naturstoffen spielen meist mehrere Mechanismen eine Rolle, die für die Linderung der Symptome verantwortlich sind. Einer davon hängt mit Entzündungsprozessen zusammen, bei dem das Protein p-Selectin beteiligt ist: Es sorgt während der Immunreaktion dafür, dass Entzündungszellen an der Gefäßwand hängen bleiben. Die Gießener Experten fanden heraus, dass der p-Selectin-Spiegel bei den Versuchstieren ebenso wie bei Lungenhochdruck-Patienten deutlich erhöht ist. „Wir vermuten, dass darüber auch die unerwünschte Zellteilung in den erkrankten Gefäßen angeregt wird“, sagt Schermuly. „Weitere Experimente mit Wirkstoffen, die ebenfalls p-Selectin hemmen, bestätigten, dass wir auf dem richtigen Weg waren.“

Das Deutsche Zentrum für Lungenforschung

Lungenkrankheiten gehören weltweit zu den häufigsten Todesursachen. Die Erkrankungszahlen und Mortalitätsraten liegen weltweit auf Rang 2. Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) zählt vier Lungenkrankheiten zu den zehn häufigsten Todesursachen – jeder fünfte Todesfall wird durch eine Lungenkrankheit oder durch Folgen davon verursacht. Daher wurde im Jahr 2011 Deutsche Zentrum für Lungenforschung (DZL e. V.) gegründet. Hier werden in internationaler Zusammenarbeit neue Ansätze für Prävention, Diagnose und Therapie von weit verbreiteten Lungenerkrankungen zu entwickelt. Im Fokus stehen unter anderem Asthma und Allergien, Mukoviszidose, Lungenentzündung und akutes Lungenversagen, Lungenhochdruck oder auch Lungenkrebs. In Mittelhessen befinden sich drei Forschungsstandorte: Gießen, Marburg und Bad Nauheim.

Patienten mit Lungenhochdruck behandeln

Seine erfolgreichen Untersuchungen führten bereits dazu, dass Ärzte der Gießener Uni-Klinik Patienten-Studien mit dem Braunalgenextrakt aufgenommen haben. Sie befassen sich mit der Langzeitwirkung von Fucoidan – in der Hoffnung, den Menschen, die an Lungenhochdruck leiden einen neuen Therapieansatz bieten zu können. Schermuly und sein Team untersuchen den Effekt der Algenextrakte nun auch auf die anderen Formen der pulmonalen Hypertonie – und er hat weitere Ideen für Therapieansätze aus der Natur. „Wir haben traditionelle asiatische Heilmittel schon immer auf dem Radar. Zudem kommen wir durch unsere Höhenstudien, die wir beispielsweise auch in Zusammenarbeit mit der Universität Lhasa in Tibet durchführen, in Kontakt mit Menschen, die über wohltuende Naturprodukte berichten“, sagt der Biologe, bei dem bereits Rosenwurz-Extrakte und Raupenpilze im Labor liegen, um ihre lungenschützende Wirkung zu studieren.

Beinahe in jedem Gebiet der Erde ist eine linksseitige Herzerkrankung die Hauptursache für Lungenhochdruck.
Beinahe in jedem Gebiet der Erde ist eine linksseitige Herzerkrankung die Hauptursache für Lungenhochdruck. (Quelle: The Lancet)

Ein weiterer Ansatz „made in Gießen“

Prof. Dr. Schermuly hat gemeinsam mit anderen Forschern einen weiteren, sehr erfolgversprechenden Behandlungsweg bei Lungenhochdruck gefunden. Sogenannte Zyklin-abhängige Kinasen (CDKs) sind bei Lungenhochdruckpatienten im Lungengewebe und in isolierten Zellen in hohen Konzentrationen zu finden – so sonst nur bekannt bei Brustkrebspatientinnen. Die Wissenschaftler setzten aus der Krebstherapie bekannte CDK-Inhibitoren ein. Diese hemmen die Wirkung von CDKs. Ihre Hypothese wurde mehr als bestätigt: Nicht nur der Krankheitsverlauf stoppte, auch krankhaft verengte Blutgefäße regenerierten. Die Forscher hoffen nun, den Leidensdruck der Patienten lindern zu können.