Forschungsdatenblätter

Entwicklung verbesserter Methoden zur Diagnostik von Allergien

Die Typ-I-Allergie ist die häufigste Form einer Allergie. Sie entsteht nach dem ersten Kontakt mit einem Allergen, wobei ein Antikörper-Subtyp gebildet wird, der bei einem weiteren Kontakt zu allergischen Reaktionen führt.Die Diagnostik von solchen Typ I-Allergien ist durch zwei Methoden möglich. Beide Verfahren können jedoch lediglich die Reaktion auf ein Allergen mit der Summe all seiner Bestandteile bestimmen, nicht aber auf die einzelnen immunreaktiven Komponenten. Um aber bessere Prognosen und Therapiekonzepte entwickeln zu können, ist es wichtig, diese zu identifizieren.Eine Möglichkeit die Reaktion der Antikörper des Patienten gegen jeden Bestandteil getrennt zu  betrachten bietet die Methode des „Western Blots“. Ziel dieses Projekts war es, ein Western Blot Verfahren zu entwickeln, das die Proteine nicht denaturiert. Hierzu mussten zunächst effektive und milde Extraktionsverfahren identifiziert werden, um die immunreaktiven Bestandteile möglichst vollständig aus den Allergenen herauszulösen. Als nächstes Ziel galt es, ein Elektrophoresesystem zu entwickeln, das ohne denaturierende Stoffe eine hinreichende Trennung der Bestandteile ermöglicht.

VORSTUDIE ZUR ENTWICKLUNG EINES INTERNETGESTÜTZTEN PROGRAMMS ZUR PRÄVENTION VON SCHLAFSTÖRUNGEN: ONLINEBERATUNG MÜDIGKEITSMILDERUNG

Schlafstörungen sind heute keine Seltenheit. Etwa ein Viertel der deutschen Bevölkerung leidet Studien zufolge unter den Auswirkungen, besonders betroffen sind dabei Schichtarbeiter. Die Folgen sind, neben reduzierter Arbeitsleistung, auch im Privatbereich erkennbar: Müdigkeit und Depressionen können zu einer verminderten Lebensqualität führen. Diese Auswirkungen können sich noch lange nach Veränderung der Arbeitszeiten deutlich machen. Viele Betroffene nehmen erst nach Eintreten der Störung Hilfe in Anspruch. Am besten ist es jedoch Schlafstörungen komplett zu umgehen, indem frühzeitig Maßnahmen zur Vorbeugung getroffen werden. Genau dort möchte das Projekt „Vorstudie zur Entwicklung eines internetgestützten Programms zur Prävention von Schlafstörungen insb. bei Mitarbeiter/innen im Schichtdienst: Onlineberatung Müdigkeitsmilderung" anknüpfen, um die Schlafeffizienz der Patienten zu verbessern und die Symptome zu vermindern.

 

IRIDOTOMIE MIT ULTRAKURZPULSLASERN ZUR BEHANDLUNG DES ENGWINKELGLAUKOMS

Die Behandlung durch Laserlicht ist in der Augenchirurgie eine etablierte Technik. So wird unter anderem das Glaukom, welches auch unter dem Namen grüner Star bekannt ist, mit Laserchirurgie behandelt. Diese Erkrankung des Auges ist eine der häufigsten Ursachen für Erblindung. Bislang wird die Operation mit Nd-YAG Lasern durchgeführt, die Pulsbreiten von einigen 10 Nanosekunden erzeugen. Dabei müssen die Strahlparameter der Augenfarbe angepasst werden und öffnen bei hoher eingetragener Pulsenergie durch Photodisruption Löcher in unregelmäßiger Form und Größe. Die Verwendung von Strahlquellen mit Pulsbreiten im Pikosekundenbereich verspricht ein gleichbleibendes Behandlungsergebnis unabhängig von der Augenfarbe. In der Praxis werden diese jedoch nicht angewandt, da die Lasersysteme sehr komplex sind, und der Anschaffungspreis im Vergleich zu Nd-YAG-Lasern wesentlich höher liegt. Im Forschungsprojekt „Iridotomie mit Ultrakurzpulslasern zur Behandlung des Engwinkelglaukoms“ soll untersucht werden, inwieweit ein neu entwickelter sehr kompakter Kurzpulslaser bei der Behandlung eingesetzt werden kann.

 

KONTAKTLOSES MONITORING-SYSTEM FÜR FRÜHGEBORENE AUF DER NEONATOLOGISCHEN INTENSIVSTATION

Allein in Deutschland kommen jährlich ca. 8000 Frühgeborene mit einem Gewicht unter 1500 g zur Welt. Bis sie ihre Körpertemperatur selbst halten können und ein Mindestgewicht von 1800 g haben, werden die Kinder auf der neonatologischen Intensivstation gepflegt, überwacht und am Leben erhalten. Neben der Überprüfung der Vitalfunktionen, wie Herzschlag, Atmung und Körpertemperatur, muss die Nährstoff- und Medikamentenzufuhr und die Lage von Infusionen kontrolliert werden. Zusätzlich zu den Verbindungen zu den Geräten durch Kabel, Elektroden und Schläuche, werden verschiedene Katheter und Sonden benötigt. Diese Verbindungsstellen sind jedoch problematisch für die empfindliche Haut der Babys. Allergien, Hautirritationen und Druckstellen sind nur einige mögliche Auswirkungen. Bei sehr jungen Frühgeborenen können geklebte Sensoren, die bei EKGs zum Einsatz kommen, gar nicht verwendet werden, weil beim Entfernen die Gefahr besteht die komplette Haut abzuziehen. Ein weiteres Problem stellen die Messungen selbst dar. Der Schweiß der Kinder verschlechtert den Kontakt zur Sensorik, wodurch ungenaue Messungen oder sogar Fehlmessungen entstehen. Auch ist die Pflege der Frühgeborenen durch die zahlreichen Anschlüsse schwierig. Im Projekt soll deshalb ein kontaktloses und robustes Monitoring-System entwickelt werden, das die Überwachung von Frühgeborenen der Gewichtsklasse von 500 – 1500 g ermöglicht.

 

ENTWICKLUNG VON BIOGLASSCAFFOLDS FÜR DIE IMPLANTATION VON KNORPEL

In den letzten Jahrzehnten ist die Lebenserwartung der Menschen weltweit gestiegen. Zusammen mit einem veränderten Lebensstil, der sich vor allem durch mangelnde Bewegung und nicht angepasste Essgewohnheiten auszeichnet, folgen daraus im Alter Schädigungen und Versagen der Organe. Insbesondere der Bewegungsapparat ist hiervon betroffen. Eine weit verbreitete und schmerzhafte Erkrankung ist Arthrose, bei der in den Gelenken unter anderem die Knorpel angegriffen und teilweise aufgelöst werden. Eine Möglichkeit der Behandlung sind chirurgische Eingriffe. Oftmals wird dabei das Gelenk durch ein Implantat ersetzt. In vielen Fällen ist es jedoch sinnvoller, das geschädigte Knorpelmaterial durch körpereigenes gesundes Knorpelmaterial zu ersetzten. Um an einer anderen Stelle des Körpers Gewebe zu entnehmen, muss allerdings eine zusätzliche Operation, mit allen möglichen Folgen und Komplikationen, durchgeführt werden.

 

ENTWICKLUNG UND FINITE-ELEMENT-SIMULATION VON ZIELGERICHTETEN TRAININGSMETHODEN ZUR VORBEUGUNG VON OSTEOPOROSE BEDINGTEN FRAKTUREN DURCH MECHANISCH STIMULIERTES KNOCHENWACHSTUM

In einer stetig älter werdenden Gesellschaft nehmen Alterskrankheiten eine immer wichtiger werdende Rolle ein. So ist Osteoporose, eine Alterserkrankung der Knochen, eine der zehn bedeutendsten Erkrankungen der Gegenwart weltweit. Bei an Osteoporose leidenden Patienten vermindert sich die Knochendichte, was zu einer Reduktion der Knochenfestigkeit führt. Damit sind Betroffene anfälliger für Knochenbrüche. Dieses Frakturrisiko steigt mit zunehmendem Lebensalter exponentiell an. Am häufigsten sind dabei der Oberschenkel und der Oberarm von Knochenbrüchen betroffen. Die Knochen des menschlichen Skeletts wachsen nicht nur im Kindes- und Jugendalter: Knochen sind ein lebendes Material und der Knochenumbau ein lebenslanger Prozess. Im sogenannten Remodeling bilden Osteoplasten neue Knochensubstanz, was dem Knochen erlaubt, auf veränderte Belastung durch erhöhte Dichte und damit höhere Festigkeit zu reagieren. Der Knochenumbauprozess kann dabei durch Stimulation, wie beispielsweise hydrostatischen Druck, künstlich angeregt werden. Im Vorlaufforschungsprojekt soll deshalb untersucht werden, wie Belastungsanforderungen aus frühzeitigen Trainingsübungen den Remodeling-Prozess beeinflussen können, um das Frakturrisiko im Alter zu vermindern.

 

THERAPIEÜBERWACHUNG MIT NIEDERFELDMAGNETRESONANZ UND ULTRASCHALL

Die Behandlung von Tumoren stellt für die Medizin auch heute noch eine große Herausforderung dar. Neben etablierten Verfahren wie Chirurgie oder Bestrahlung ist therapeutischer Ultraschall eine völlig nichtinvasive Behandlungsmöglichkeit. Bei dieser in der Öffentlichkeit noch wenig bekannten Behandlung wird Ultraschall, der von einem Wandler außerhalb des Körpers ausgesendet wird, im Körper eines Patienten etwa auf die Größe eines Reiskorns fokussiert. Durch die Erhitzung des fokussierten Gewebes auf circa 60°C sterben die betroffenen Zellen lokal ab, wobei das Gewebe außerhalb des Brennpunktes nicht geschädigt wird. Das abgestorbene Gewebe wird dann vom Körper selbst abgebaut. Während die Ergebnisse bezüglich der Rückfallrate und Überlebenschancen mindestens gleichwertig mit denen von traditionellen Verfahren sind, wird die Behandlung durch therapeutischen Ultraschall von Patienten im Allgemeinen sehr viel besser vertragen. Für die erfolgreiche Behandlung ist jedoch eine hochauflösende und zeitnahe diagnostische Bildgebung notwendig. Im Projekt „ Therapeutischer Ultraschall – Therapieüberwachung mit Niederfeld- Magnetresonanz und Ultraschall“ soll die diagnostische Überwachung weiterentwickelt werden, um den Einsatz zu erleichtern.

MOLEKULARE IDENTIFIZIERUNG UND QUANTIFIZIERUNG VON MIKROORGANISMEN IN DER MIKROBIOTA VON NEUGEBORENEN

Der menschliche Körper beherbergt Milliarden von Bakterien, Pilzen und Eukaryonten. Die Gesamtheit dieser Mikroben wird als Mikrobiom bezeichnet und dessen Zusammensetzung hat entscheidenden Einfluss auf die Gesundheit des Menschen. Viele Prozesse des Körpers, wie die Verdauung, werden durch Bakterien. Die Mikroorganismen unterstützen aber auch das Immunsystem und regen die Insulinproduktion an. Pathogene Bakterien hingegen sind für den Körper schädlich und können beispielsweise zu starken entzündlichen Erkrankungen führen. Vor allem bei Neugeborenen ist die Entwicklung einer gesunden Darmflora wichtig. So ist die nekrotisierende Enterocolitis, eine gefährliche Erkrankung des Darms, eine der häufigsten Todesursachen im frühen Kindesalter. Über die Auswirkungen der Behandlung mit Antibiotika auf die Mikroorganismen der Neugeborenen ist nur wenig bekannt. Antibiotika wirken auf Bakterien wachstumshemmend bzw. abtötend. Untersuchungen an Erwachsenen zeigten starke Veränderungen der Zusammensetzung des Mikrobioms. Dabei überlebt vor allem für den Körper schädliche Bakterien, da sie sich an die veränderten Bedingungen besser anpassen konnten. Um Neugeborene zu behandeln ist es deshalb notwendig die Mikrobiota untersuchen und charakterisieren zu können. Alle bisherigen Methoden sind jedoch entweder zeit- und kostenaufwendig oder erlauben keine absolute Quantifizierung der Mikroorganismen. Im Projekt soll deshalb ein schnelles und ressourcenschonendes Verfahren entwickelt werden, das die Charakterisierung der Mikrobiota von Neugeborenen ermöglicht.

INNOVATIVES BRILLOUIN-SPEKTROMETER FÜR DIE OPTISCHE IN-VIVO-DIAGNOSTIK DER MENSCHLICHEN HORNHAUT UND AUGENLINSE

Das altersbedingte Abnehmen der Elastizität des Auges betrifft große Teile der Bevölkerung. Dies führt zu Altersweitsichtigkeit, die in einigen Studien als Vorstufe des Grauen Stars angesehen wird. Solche Veränderungen des Auges können die Lebensqualität der Betroffenen erheblich einschränken und hohe Kosten im Gesundheitswesen verursachen. So ist das Einsetzen von Intraokularlinsen eine der häufigsten Operationen überhaupt. Bevor jedoch operative oder anderweitige Maßnahmen ergriffen werden können, muss die pathogische Veränderung des Auges zunächst diagnostiziert werden. Für die Patientenversorgung und klinische Forschung ist deshalb die Diagnose des vorderen Augenbereichs, der aus Hornhaut, Augenkammer und Linse besteht, von großer Bedeutung. Vor allem berührungslose Diagnosesysteme zur Messung der viskoelastischen Eigenschaften der Hornhaut und Linse sind dabei interessant. Im Vorlaufforschungsprojekt wird deshalb die Grundlage für ein neues Konzept untersucht, das im Erfolgsfall zu einem innovativen Brillouin-Spektrometer weiterentwickelt werden soll.

 

Eingebettetes nicht-obstruktives Monitoring von Stimm- und Sprechstörungen unter besonderer Berücksichtigung der Privatsphäre (ENOM)

Sprache ist eins der ältesten Kommunikationsmedien. Nur dem Menschen eigen, ist Sie auch nach circa 200.000 Jahren Grundlage der heutigen digitalen Welt. Eine weithin bekannte Sprechstörung ist Stottern. Es kommt zu einer Beeinträchtigung der Sprechflüssigkeit, die in 90 Prozent der Fälle vor dem sechsten Lebensjahr beginnt. Bei einer Prävalenz um die fünf Prozent ergibt sich ein Geschlechterverhältnis von doppelt so vielen Jungen wie Mädchen. Neben den äußerlich beobachtbaren Symptomen leiden Betroffene an Unsicherheit, Scham, Frustration, Aggression oder Regression. Hinzu kommt eine Beeinträchtigung des Selbstwertgefühls. Obwohl die medizinischen Ursachen noch heute im Unklaren liegen, erzielen verhaltenstherapeutische Methoden Erfolge. Ein Therapieansatz ist die Modifikation des gesamten Sprechens. Hierbei erlernen Betroffene zunächst eine neue stotterfreie Sprechweise, welche dann kontinuierlich dem natürlichen Sprechen angeglichen wird. Zu Beginn der Therapie kommt ein visuelles Biofeedback zum Einsatz, welches in Echtzeit die Aussprache analysiert und eine grafische Rückmeldung des Stimmeinsatzes des Sprechers zeigt. Ein in Entwicklung stehendes System versucht Alltagssituationen durch eine Art interaktives Rollenspiel zu simulieren. Ohne die Therapieumgebung zu verlassen kommt es zu einer automatischen Bewertung der erlernten Techniken. Die bisherigen Kontrollverfahren erfolgen jedoch nur während der Therapiesitzungen. Das Forschungsprojekt „Eingebettetes nicht-obstruktives Monitoring von Stimm- und Sprechstörungen unter besonderer Berücksichtigung der Privatsphäre“ soll daher eine verbesserte Verlaufskontrolle ermöglichen, in dem es eine Möglichkeit schafft, die Anwendung der neu erlernten Sprechweise im Alltag zu messen. Das System soll ohne Internetverbindung und im Hintergrund arbeiten.

 

Ein erweitertes Kontinuumsmodell zur numerischen Analyse von Knochenumbauprozessen unter Berücksichtigung mechanischer Stimuli sowie Knochenstoffwechselaspekten

Degenerative Knochenerkrankungen sind ein weitverbreitetes Phänomen in der Weltbevölkerung. Die zum Teil durch mechanische Belastung, Nährstoffmangel oder Hormonstörungen hervorgerufenen Krankheitsbilder, führen zu einem erhöhten Frakturrisiko. Computermodelle und –simulationen finden derzeit Anwendung in der Diagnostik und zur Bestimmung von Therapieansätzen. Zum einen kann mechanische Stimulation die Knochendichte verbessern.  Zum anderen sind aber biochemische Faktoren, wie Nährstoffe und Vitamine, entscheidend. Ziel des Forschungsprojektes „OSTEO-MODEL - Ein erweitertes Kontinuumsmodell zur numerischen Analyse von Knochenumbauprozessen unter Berücksichtigung mechanischer Stimuli sowie Knochenstoffwechselaspekten“ ist die Modellierung und Simulation wesentlicher Prozesse des Knochenumbaus.

 

Entwicklung und Evaluation eines Präventionsprogramms zur Vermeidung von Gewalt am Arbeitsplatz durch eine Qualifizierungsmaßnahme von Mitarbeiter*innen

Die Internationale Arbeitsorganisation definiert Gewalt am Arbeitsplatz als jede Handlung, Begebenheit oder Verhaltensweise, wodurch eine Person im Verlauf oder in direkter Folge ihrer Arbeit angegriffen, bedroht, schwer beleidigt, verletzt oder verwundet wird. Dass Gewalt am Arbeitsplatz eine ernstzunehmende Bedrohung für Mitarbeitende darstellt, konnte inzwischen auch durch einige Studien belegt werden. So gab in einer Studie von Jens Hoffmann aus dem Jahr 2014 beispielsweise jede zweite befragte Person an, bereits einmal mit bedrohlichem Verhalten am Arbeitsplatz konfrontiert worden zu sein. Neben den physischen und psychischen Folgen für die Betroffenen selbst wirkt sich Gewalt am Arbeitsplatz auch auf eine gesamte Organisation negativ aus, zum Beispiel durch Personalmangel, sinkende Motivation und geringere Produktivität der Mitarbeitenden. Zielsetzung des Projektes „Stark am Arbeitsplatz“ ist daher die Entwicklung, Durchführung und Evaluation einer Qualifizierungsmaßnahme für Mitarbeitende zur Vermeidung von Gewalt am Arbeitsplatz.