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12.12.2018, 15:30 Uhr

Klasse für Naturwissenschaften und Medizin, 596. Sitzung

Vortrag 1: Prof. Dr. Walter Stummer, Münster: D. Grenzen d. Sichtbaren erw..: Induzierte Gewebsfluoreszenz u. d. Bedeutung für die Chirurgie von Hirntumoren Vortrag 2: Dr. Sabrina Disch, Köln: Magnetische Nanoteilchen – Feldinduzierte Orientierung u. Magnetisierung Vortrag 3: Dr. Kerstin U. Ludwig, Bonn: Das menschl. Gesicht u. d. Bedeutung nicht-kodierender Genomabschnitte für seine Entwicklung

Vortrag 1

Die Grenzen des Sichtbaren erweitern: Induzierte Gewebsfluoreszenz und die Bedeutung für die Chirurgie von Hirntumoren

Prof. Dr. Walter Stummer, Münster

Maligne Gliome sind die häufigsten Hirntumore und trotz einer Kombination von Chirurgie, Radio- und Chemotherapie mit einer schlechten Prognose behaftet. Die Operation dieser Tumore wird einerseits durch das Ziel erschwert, wichtige Hirnfunktionen durch die Entfernung nicht zu beeinträchtigen, andererseits dadurch, dass vitales Gliomgewebe normalem Hirngewebe sehr ähnelt. Diese Aspekte führten über Jahrzehnte zu insuffizienten Resektionen und zur Ansicht vieler Neurochirurgen, dass die Chirurgie für die Therapie der malignen Gliome keine Rolle spielt.

Wir widmeten uns über Jahre der Aufgabe, die intraoperative Erkennbarkeit und damit die Resektabilität der Gliome zu verbessern, aber gleichzeitig wissenschaftlich zu belegen, dass die Chirurgie Patienten nutzt.

Ausgangspunkt war der Nachweis, dass der Hämmetabolit 5-Aminolävulinsäure (ALA) über Enzyme der Hämbiosynthese in malignen Gliomzellen zur Akkumulation eines fluoreszierenden Moleküls, Protoporphyrin IX, führt. Durch in vitro, in vivo und klinische Untersuchungen konnten wir belegen, dass sich hiermit Gliomgewebe im Gehirn besser identifizieren und diese Information für radikalere Resektionen nutzen lässt. Mittels klinischer Dosiseskalations-, spektrographischer und histologischer Untersuchungen ließ sich die optimale Dosis von ALA identifizieren und die visuelle Auflösung eruieren. Eine konfirmatorische Phase III Studie mit Nachweis des Patientennutzens mündete nicht nur in einer Europäischen (EMA, 2007) und später amerikanischen (FDA, 2017) Zulassung, sondern veränderte das Verständnis des Wertes der Chirurgie bei malignen Gliomen.

Das Phänomen der Porphyrinakkumulation wird seither für andere Tumorarten innerhalb und außerhalb des Gehirns für die Tumoridentifizierung untersucht. Im Sinne eines theragnostischen Ansatzes lassen sich die induzierten, photosensibilisierenden Pophyrine auch für die sogenannte photodynamische Therapie einsetzen, die nun ebenfalls Gegenstand einer prospektiven, randomisierten Studie unserer Gruppe geworden ist.

Prof. Dr. med. Walter Stummer wurde 1964 geboren. Er studierte Medizin an der Ludwig-Maximilians-Universität in München, und promovierte unter Alexander Baethmann am dortigen Institut für Chirurgische Forschung (Direktor Konrad Messmer) im Bereich der experimentellen zerebralen Ischämie. Nach seiner Zeit als Arzt im Praktikum in der Neurochirurgie der LMU, Klinikum Großhadern (Direktor: Hans-Jürgen Reulen), verbrachte er ein Forschungsjahr an der University of Michigan (Crosby Neurosurgical Labortories, Direktor Lorris Betz) im Rahmen eines Stipendiums des National Institute of Health (1992–1993). Seine Weiterbildung zum Neurochirurgen absolvierte er unter Prof. Hans-Jürgen Reulen, wieder am Klinikum Großhadern. Facharztprüfung und Habilitation erfolgten 2000, 2003 der Wechsel an die Universität von Düsseldorf als stellvertretender Direktor der Neurochirurgischen Klinik. 2009 erhielt er den Ruf an die Westfälische-Wilhelms Universität Münster auf den Lehrstuhl für das Fach Neurochirurgie. Seit 2016 ist er Präsident der Deutschen Gesellschaft für Neurochirurgie, der wissenschaftlichen Fachgesellschaft seines Faches. Für seine wissenschaftliche Arbeit wurden ihm verschiedene Preise verliehen, u. a. der Amerikanischen Gesellschaft für Neurochirurgie (AANS) und der Weltgesellschaft für Neurochirurgie (WFNS). Er engagiert sich stark für die strukturierte Neuro-Onkologie und in der chirurgischen neuroonkologischen Forschung. Er war Sprecher der Neuro-Onkologischen Arbeitsgruppe der Deutschen Krebsgesellschaft von 2013 bis 2016. Er arbeitet als Gutachter im Editorial Board namhafter, neurochirurgischer Zeitschriften.

Vortrag 2

Magnetische Nanoteilchen – Feldinduzierte Orientierung und Magnetisierung

Dr. Sabrina Disch, Köln (Junges Kolleg)

Magnetische Nanoteilchen und Nanostrukturen weisen aufgrund ihrer magnetischen Eigenschaften eine große Relevanz für technologische Anwendungen auf, z. B. in der Datenspeicherung, Sensorik oder in medizinischen Anwendungen wie magnetischer Hyperthermie oder bildgebenden Verfahren. Trotz fortschreitenden anwendungsbezogenen Einsatzes magnetischer Nanomaterialien sind grundlegende Fragestellungen nach wie vor ungeklärt, wie etwa die mikroskopische Wechselwirkung zwischen nanoskaligen magnetischen Einheiten oder die Entwicklung magnetischer Nanoteilchen mit maßgeschneidertem Magnetisierungsrelaxationsverhalten.

Unsere Herangehensweise an solche Fragestellungen liegt im skalenübergreifenden Verständnis von Magnetismus und Magnetisierungsdynamik in nanostrukturierten Materialien. So untersuchen wir auf der atomaren Skala die Spinstruktur magnetischer Nanoteilchen und auf der Nanoskala die Variation der lokalen Magnetisierung vom Innern zur Oberfläche sowie an Grenzflächen. Über die feldinduzierte Reorientierung kolloidaler magnetischer Nanoteilchen in Lösung optimieren wir deren Selbstorganisation zu hochgeordneten Anordnungen mit direktionaler Anisotropie und nutzen diese als Modellsysteme zur Untersuchung gerichteter Partikel-Partikel Wechselwirkungen. Dabei setzen wir eine Kombination aus Synchrotron-Röntgenstrahlung und polarisierten Neutronen als Sonde für die orts- und zeitaufgelöste Magnetisierung ein.

Dr. Sabrina Disch, Jahrgang 1981, ist Nachwuchsgruppenleiterin im Department für Chemie der Universität zu Köln. Sie studierte Chemie mit den Schwerpunkten Festkörperchemie und Kristallographie an der Universität zu Köln und promovierte im Jahr 2010 an der RWTH Aachen. Ihre im Institut für Festkörperforschung (heute Jülich Centre for Neutron Science) des Forschungszentrums Jülich erarbeitete Dissertation befasst sich mit der Spinstruktur in magnetischen Nanoteilchen und magnetischen Nanostrukturen. Nach Post-doc-Aufenthalten an der University of Oregon (USA) und der Université Libre de Bruxelles (Belgien) wechselte sie 2012 als Marie-Curie Fellow an das Institut Laue-Langevin in Grenoble (Frankreich). Seit 2014 etabliert sie ihre unabhängige Nachwuchsgruppe an der Universität zu Köln, unterstützt durch ein Liebig-Stipendium des Fonds der chemischen Industrie sowie seit 2015 im Emmy-Noether Programm der DFG. Für ihre Arbeiten wurde sie im Jahr 2017 mit dem Max Delbrück-Nachwuchspreis der Universität zu Köln ausgezeichnet.

Sabrina Disch ist seit 2017 Mitglied des Jungen Kollegs der Nordrhein-Westfälischen Akademie der Wissenschaften und der Künste.

Vortrag 3

Das menschliche Gesicht und die Bedeutung nicht-kodierender Genomabschnitte für seine Entwicklung.

Dr. Kerstin U. Ludwig, Bonn (Junges Kolleg)

Der Entstehungsprozess des menschlichen Gesichts ist auf der einen Seite charakterisiert durch im Genom kodierte, evolutionäre Prozesse, zum anderen führen Variationen zur Ausprägung unserer individuellen Gesichtsmuster. Bei etwa 1 von 600 Neugeborenen tritt eine Fehlbildung des Gesichts auf, eine „orofaziale Spalte“ (orofacial clefting, OFC). Dabei unterscheidet sich die OFC-Prävalenz zwischen Bevölkerungen ebenso wie die genaue Ausprägung des Phänotyps in einzelnen Patienten. Mehr als die Hälfte der Patienten weisen keine weiteren Symptome auf, die indikativ für ein übergeordnetes Syndrom sein könnten. Die Patienten-Versorgung umfasst einen langjährigen, interdisziplinären Ansatz, und trotz chirurgischer Fortschritte hat die OFC weiterhin einschneidende Folgen für die Gesundheit und sozialer Integration der Betroffenen. Zusätzlich ist die OFC in Ländern mit unzureichender ärztlicher Versorgung noch immer ein Hauptgrund frühkindlicher Morbidität.

Im Fokus des Vortrags steht die molekularbiologische Forschung zu den genetischen Ursachen der OFC. In den letzten Jahren kam es hier durch rasante technologische Entwicklungen zu bedeutsamen Durchbrüchen: Eine Vielzahl von genetischen Risiko-Regionen für die nicht-syndromalen OFC-Formen konnte identifiziert werden, wobei besonders die Verfügbarkeit großer Kohorten und präziser klinischer Daten hilfreich waren. Die Mehrheit dieser assoziierten Regionen liegt in nicht-kodierenden Bereichen des humanen Genoms, deren Funktion nur unzureichend geklärt ist. In Bezug auf die Gesichtsentwicklung besteht im frühen embryonalen Zeitpunkt der relevanten molekularen Prozesse eine zusätzliche Herausforderung bei der Übersetzung der genetischen Befunde in funktionelle Erkenntnisse. Es werden jedoch zunehmend Strategien entwickelt, die diesen Nachteil ausgleichen können. Diese Ansätze, welche sowohl bioinformatische Methoden als auch Ansätze der Stammzelltechnologie, neueste Sequenziermethoden und Genomeditierung im Tiermodell umfassen, werden in ihrer Gesamtheit zu einem besseren Verständnis der Biologie der normalen Gesichtsentstehung und der bei fazialen Erkrankungen veränderten Prozesse führen.

Dr. Kerstin Ludwig, Jahrgang 1981, absolvierte zunächst ein naturwissenschaftliches Grundstudium an der TU Dresden, gefolgt von einem Hauptstudium an der Ecole Superieure de Biotechnologie in Strasbourg, Frankreich. Im Rahmen dieses Studiums der „Molekularen Biotechnologie“ verbrachte Kerstin Ludwig längere Zeit im Ausland, u.a. in Uppsala (Schweden), Basel (Schweiz) sowie Toronto (Kanada), wo sie ihre Diplomarbeit im Bereich der Medizinischen Genetik anfertigte. Nach Abschluss des Studiums promovierte sie an der Universität Bonn zum Thema „Genetik der Dyslexie“, bevor sie im Bereich der Genetik angeborener Fehlbildungen ihre Post-Doc-Phase absolvierte. Zwischen 2013 und 2016 baute Kerstin Ludwig neben ihren Forschungsaufgaben die Next-Generation Sequencing Facility des Universitätsklinikums Bonn auf. Im Jahr 2016 wurde Kerstin Ludwig in das Emmy-Noether-Nachwuchsprogramm der DFG aufgenommen und leitet jetzt am Institut für Humangenetik Bonn eine eigene Arbeitsgruppe der „Kraniofazialen Genomik“.