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Emmy-Noether Programm der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG): Den Ursachen der Herzschwäche auf der Spur

24.11.2005 - (idw) Universität des Saarlandes

Der neulich mit dem "Young Bioenergeticist Award" der Biophysical Society (USA) ausgezeichnete Homburger Mediziner Dr. Christoph Maack wird nun zum Aufbau einer Nachwuchsforschergruppe mit dem renommierten Emmy-Noether Programm der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) unterstützt. Hierzu finanziert die DFG neben seiner eigenen Stelle die von drei weiteren Wissenschaftlern für fünf Jahre sowie die notwendige technische Ausrüstung für die Durchführung der künftigen Projekte an der Klinik für Innere Medizin III (Kardiologie; Direktor Prof. Dr. Michael Böhm) am Universitätsklinikum des Saarlandes. Bundesweit werden derzeit etwa 85 Emmy Noether-Nachwuchsgruppen im Bereich der Medizin und Biologie gefördert.

Mehr als zehn Prozent der älteren Menschen in Deutschland und anderen westlichen Ländern leiden an einer Herzschwäche. Im Mittel sterben Patienten mit einer Herzschwäche nach zwei bis drei Jahren. Nur ein Drittel bis ein Viertel der Patienten überleben länger als fünf Jahre. Zwei wichtige Ursachen für die Herzschwäche wurden bereits erkannt: Zum einen steht dem Herzen zu wenig Energie zum Pumpen zur Verfügung, und zum anderen ist der Kalziumhaushalt der Herzmuskelzellen durcheinander gewürfelt. Beides verringert die Krafterzeugung des Herzmuskels. In der Vergangenheit wurden diese beiden Themengebiete meist unabhängig voneinander erforscht.

Der Homburger Mediziner Dr. Christoph Maack hat bereits durch seine zweieinhalbjährige Forschungsarbeit an der renommierten Johns Hopkins-Universität in Baltimore (USA) wichtige Zusammenhänge zwischen dem Kalziumhaushalt und der Energiebereitstellung der Herzmuskelzellen entschlüsselt. Neben dem Verständnis dieser Mechanismen in gesunden Zellen kam Dr. Maack auch Prozessen auf die Spur, die bei der Herzschwäche ein Missverhältnis zwischen Energiebedarf und -versorgung der Herzmuskelzellen hervorrufen könnten. Für diese Untersuchungen erhielt der Homburger Wissenschaftler im Frühjahr dieses Jahres den "Young Bioenergeticist Award" der Biophysical Society (USA).

"Damit das Herz schlagen kann, strömt während jedes Herzschlages Kalzium in die Zelle ein und aktiviert die Muskelfasern der Zelle, welche sich hierdurch verkürzen und so das Zusammenziehen des gesamten Herzmuskels ermöglichen. Damit sich aber das Herz nach jedem Schlag wieder mit neuem Blut füllen kann, muss es nach der Auswurfphase sofort wieder erschlaffen. Die Erschlaffung wird durch die schnelle Elimination von Kalzium aus der Zellflüssigkeit ermöglicht", erläutert Dr. Maack. Er fand heraus, dass während jedes Herzschlages ein unerwartet großer Teil des Kalziums, das kurzfristig in die Zellflüssigkeit einströmt, auch rasch in die Mitochondrien, die Kraftwerke der Zelle, gelangt. Dort stimuliert es direkt die Energieproduktion: mehr Kalzium bedeutet mehr Energie.

Eben diese Botschafterrolle des Kalziums könnte nach den neuen Ergebnissen bei der Herzschwäche beeinträchtigt sein. Schuld daran ist unter anderem das Natrium, das in kranken Herzmuskelzellen erhöht ist. Da Natrium über Zellmembranen gegen Kalzium ausgetauscht wird, zieht das Natrium zum einen zwar mehr Kalzium von außen in die Zelle hinein, verringert aber gleichzeitig die Kalziumbeladung der Mitochondrien. Dr. Maack beschreibt das so: "Stellen Sie sich vor, dass sich in der Zellmembran eine Drehtür befindet, über die Natrium aus der Zelle rausgeht, und gleichzeitig Kalzium in die Zelle hineinkommt. Eine solche Drehtür sitzt auch in der Membran der Mitochondrien - das Kalzium fehlt dann in den Kraftwerken der Zelle, um dort die Energieproduktion anzustoßen." Dieses neue Konzept zur Entstehung der Herzschwäche soll in den zukünftigen Studien des Forschers noch weiter geprüft werden. Medikamente, die die Aufnahme von Kalzium in die Mitochondrien fördern, könnten dann vielleicht eine sinnvolle Therapie der Herzschwäche darstellen.

Die von Dr. Maack in Baltimore, USA, durchgeführten Arbeiten wurden zwei Jahre lang durch ein Auslandsstipendium der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) unterstützt. "Die Besonderheit unserer in Baltimore durchgeführten Arbeiten ist es, dass wir Kalzium in unterschiedlichen Bereichen der Zelle selektiv messen können", berichtet Dr. Maack. "Wir verwendeten die so genannte Patch Clamp-Methode, mit der hauchdünne Glaspipetten auf die Zelle aufgesetzt werden und Kalziumfarbstoff gezielt in die Zellflüssigkeit und die Mitochondrien eingebracht werden kann."

Jetzt erhielt der Wissenschaftler eine weitergehende Unterstützung durch die DFG, welche ihm die Fortsetzung seiner Arbeit an der Klinik für Innere Medizin III (Kardiologie; Direktor Prof. Dr. Michael Böhm) des Universitätsklinikums des Saarlandes ermöglicht. "Das Emmy Noether-Programm ist eine hervorragende Möglichkeit, anspruchsvolle experimentelle Forschung und eine gute klinische Ausbildung und Tätigkeit unter einen Hut zu bekommen", so Dr. Maack. An der Uni-Klinik für Innere Medizin III sieht Dr. Maack optimale Vorraussetzungen für das Gelingen des Forschungsvorhabens verwirklicht: "Es stehen neben großzügigen Räumlichkeiten bereits eine Vielzahl an biochemischen und molekularbiologischen Methoden zur Verfügung. Darüber hinaus ist das wissenschaftliche Umfeld innerhalb der Abteilung, aber auch auf dem gesamten Campus, hervorragend. Ich bin mir sicher, dass sich in den nächsten Jahren viele interessante Kooperationen ergeben werden."

In Zukunft möchte Dr. Maack nicht nur die Energieproduktion der Herzmuskelzellen weiter erforschen, sondern sich auch einem weiteren Problem des kranken Herzens widmen: den Sauerstoffradikalen. Diese entstehen natürlicherweise während der Energieproduktion in Mitochondrien. Wenn jedoch zu viele Radikale entstehen, richten sie großen Schaden in der Zelle an, indem sie Prozesse des Zelltods einleiten können. "Durch das Verständnis der Energieproduktion können wir in Zukunft hoffentlich besser nachvollziehen, warum in kranken Zellen mehr Sauerstoffradikale entstehen als in gesunden. Wenn dies verhindert werden kann, könnte das Überleben der Zellen verlängert und die Pumpfunktion des kranken Herzens verbessert werden", so Maack.


Kontakt: Dr. Christoph Maack, Klinik für Innere Medizin III des Universitätsklinikum des Saarlandes, Tel. (06841) 16-21330, Fax (06841) 16-23434,
E-Mail: maack@gmx.org oder maack@med-in.uni-sb.de

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