Dirt Eater

Dezember 2002

Funktionsfähige Niere aus menschlichen Stammzellen gezüchtet 
Stoffe, die mitdenken 


November 2002

Blutgefäße aus menschlichen Zellen im Labor hergestellt 


Juni 2002

Künstliche, vollständig implantierbare Lunge entwickelt 
Affen steuern mit Gedanken virtuellen Ball 


Mai 2002

Maschinen aus DNA 
Ratten werden Roboter 


April 2002

Froschaugen aus dem Reagenzglas 
Künstliche Hornhaut sorgt für Durchblick 
Regeneration durchtrennter Nerven: Enzym macht den Weg frei 


März 2002

Laser "drucken" künstliche Knochen
Künstliche Augenmuskeln statt Lesebrille
Englischer Professor ist erster "Cyborg"
Mit Strom künstliche Knochen wachsen lassen
Mit dem Gehirn als Cursor im Internet surfen

Funktionsfähige Niere aus menschlichen Stammzellen gezüchtet

23.12.2002

Aus menschlichen Stammzellen haben israelische Forscher in Mäusen funktionsfähige Nieren gezüchtet. Das Verfahren könnte in Zukunft gewährleisten, dass ausreichend Organe für Transplantationspatienten zur Verfügung stehen. Ihre ersten Erfolge berichten die Wissenschaftler im Fachblatt Nature Medicine (Online-Vorabpublikation).
Die Forscher um Yair Reisner vom Weizmann-Institut in Rehovot (Israel) pflanzten menschliche Vorläufer von Nierenzellen in Mäuse. Aus den Stammzellen entstanden völlig funktionsfähige Nieren, die Urin produzierten und das Blut von Abfallstoffen reinigten. Die Mäuse bildeten Blutgefäße, um die "zusätzlichen" Organe mit Nährstoffen zu versorgen. Weder das Immunsystem der Maus, noch die weißen Blutkörperchen des menschlichen Immunsystems stießen die Niere ab, fanden die Forscher. Selbst wenn Patienten eine neue Niere erhalten haben, können sie diese durch eine körpereigene Abstoßungsreaktion wieder verlieren. Das Verfahren, Organe im Labor zu züchten, ist zwar im Moment noch im vorklinischen Stadium. Dennoch könnte die praktische Anwendung bereits in einigen Jahren Wirklichkeit werden, hoffen die Wissenschaftler. Wenn Stammzellen zu früh entnommen werden, bilden sich innerhalb des entstehenden Organs auch andere Gewebestrukturen wie Knochen, Knorpel oder Muskelzellen. Entnehmen Wissenschaftler die wandlungsfähigen Vorläuferzellen hingegen zu spät, erkennt sie das Immunsystem der Maus als fremd und stößt sie ab. Waren die Zellen zwischen sieben und acht Wochen alt, verlief die Entwicklung zum Organ problemlos.

(aus dem News-Ticker Bild der Wissenschaft)

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Stoffe, die mitdenken

20.12.2002

T-Shirts, die Herztöne überwachen, Tarnanzüge, die Soldaten so gut wie unsichtbar machen, Stoffe, die belastbar genug sind, um damit ein Haus zu transportieren. Dies alles könnte bald nicht mehr nur eine Vision sein, denn Techniker und Designer arbeiten bereits an neuartigen Materialien, die uns Menschen das Leben um vieles einfacher machen könnten.
"National Geographic Deutschland" berichtet in der aktuellen Januar-Ausgabe ausführlich über diese Stoffe. Bisher waren Textilien vor allem dazu da, uns vor den Unbilden des Wetters und vor Verletzungen zu schützen. Jetzt arbeiten Wissenschaftler an Stoffen, die nicht mehr nur passiv, sondern aktiv sind. Die Kleidung soll etwas für ihren Träger tun. Die neueste Generation smarter Stoffe ist weltraumtauglich, man kann durch sie mit anderen Menschen kommunizieren und sie können sogar Leben retten.
So entwickeln New Yorker Wissenschaftler derzeit ein Hemd, das leitfähige Fasern enthält. Angeschlossen an einen kleinen Sender überwachen diese unter anderem Herzschlag und Atmung. Die Informationen können drahtlos an Krankenhäuser und Arztpraxen übermittelt werden. Die Einsatzmöglichkeiten sind vielfältig: Ältere Patienten könnten nach einer Operation vom Klinikarzt aus der Ferne zu Hause beobachtet werden. Feuerwehrleute könnten bei Einsätzen ständig geortet oder bei gefährlicher körperlicher Belastung von außen gewarnt werden.
In London arbeiten Designer an Schürzen mit integrierter Elektronik und eingebautem Mikrofon, die eine handfreie Bedienung von Küchengeräten ermöglichen. Und in einem Forschungsprogramm der US-Armee entwickeln Wissenschaftler Uniformen, deren Faser Umgebungsinformationen über Farben, Licht und Hintergrund aufnehmen und sich chamäleonartig anpassen: Soldaten könnten in Zukunft für ihre Gegner unsichtbar werden.

(aus dem News-Ticker RP-Online)

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Blutgefäße aus menschlichen Zellen im Labor hergestellt

18.11.2002

Amerikanische Forscher haben aus menschlichem Gewebe stabile Blutgefäße hergestellt. Die Adern waren funktionsfähig und es bildeten sich keine Blutgerinnsel in ihnen, berichten die Wissenschaftler am Sonntag (17. November) auf der Jahrestagung der Amerikanischen Herzgesellschaft in Chicago. Künstlich erzeugte Adern könnten vor allem bei Bypassoperationen verwendet werden oder Dialysepatienten helfen. Die Forscher von der Firma Cytograft Tissue Engineering in Novato (USA) entnahmen elf Herzpatienten Zellen der Außenwand von Adern. Aus diesen Zellen züchteten sie im Labor extrem dünne Schichten, die sie anschließend um einen Zylinder aus rostfreiem Stahl wickelten. Sobald die Zellen miteinander verwachsen waren und eine Röhre bildeten, entfernten die Wissenschaftler den Zylinder. Anschließend spritzten sie Zellen von Versuchstieren ins Innere der Röhre, die diese daraufhin mit einer Schicht überzogen, wie sie auch natürliche Adern aufweisen.
In Experimenten mit Versuchstieren zeigte sich, dass die Gefäße über mehrere Tage stabil waren und sich keine Blutgerinnsel in ihnen bildeten. Bisher wurde bei künstlichen Adern ein Gerüst aus synthetischem Material benötigt, um das die Zellen herum wachsen konnten. Nur mit diesem Gerüst waren die Blutgefäße stabil genug. Körperfremde Materialien erhöhen jedoch das Risiko, dass sich Blutpfropfen bilden. In ein bis zwei Jahren sollen die ersten künstlichen Adern auch an Menschen erprobt werden.

(aus dem News-Ticker Bild der Wissenschaft)

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Künstliche, vollständig implantierbare Lunge entwickelt

14.6.2002

Amerikanische Forscher haben eine künstliche, vollständig implantierbare Lunge entwickelt. Das Gerät soll Menschen nach einem Lungenversagen bis zu sechs Monate lang das Überleben ermöglichen, während sie auf eine geeignete Spenderlunge warten, berichteten ihre Entwickler auf einem Treffen der Amerikanischen Gesellschaft für künstliche innere Organe. In den USA sterben nach einem Lungenversagen etwa achtzig Prozent aller Patienten, bevor ein geeignetes Spenderorgan gefunden werden konnte.
Das künstliche Organ besitzt keine eigene Pumpen. Allein die Kraft des Herzens reicht aus, um das Blut durch Röhrchen mit einer halbdurchlässigen Membran zu transportieren. Dort nimmt es Sauerstoff auf und gibt gleichzeitig Kohlendioxid ab. Anschließend fließt das Blut durch die kranke Lunge des Patienten, wo es von möglichen Blutklumpen befreit wird, oder es wird direkt zum Herzen zurückgeleitet.
Versuche an Schafen haben ergeben, dass die künstliche Lunge zuverlässig funktioniert, erklärte Robert Bartlett von der Universität Michigan. Bereits im kommenden Jahr soll das Gerät in Kliniken getestet werden.

(aus dem News-Ticker Bild der Wissenschaft)

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Affen steuern mit Gedanken virtuellen Ball

7.6.2002

Allein mit der Kraft ihrer Gedanken haben zwei Rhesusaffen gelernt, einen virtuellen Ball zu bewegen. Jedem der Tieren wurde dazu von Forschern achtzehn Elektroden ins Gehirn implantiert, die jeweils die elektrische Aktivität einer einzelnen Nervenzelle abhorchten. Ein Computer setzte die aufgezeichneten Signale in unmittelbare Bewegungen des virtuellen Balles um. Mit einiger Übung haben die Tiere die Nervenimpulse ihres Gehirns so weit in den Griff bekommen, dass sie die Bälle in ein vorgegebenes Ziel lenken konnten. Über die Versuche berichtet das Magazin Science in seiner aktuellen Ausgabe (7. Mai, Artikel Nr. 5 und 11). Eine ähnliche Vorrichtung könnte eines Tages nicht virtuelle Bälle sondern bei Menschen die Bewegungen einer Prothese steuern, kommentiert im Magazin der Schweizer Forscher Paul Verschure von der ETH Zürich die Studie seiner Kollegen. Überraschend ist für den erfahrenen Neuroinformatiker, wie wenig Nervenzellen für die Versuche angezapft werden mussten. Normalerweise steuert das Gehirn selbst einfachste Bewegungen mit Hilfe von vielen Millionen Nervenzellen. Für die Studie hat Andrew Schwartz vom Institut für Neurowissenschaften in San Diego zusammen mit Kollegen die Affen in eine virtuelle Umgebung gesetzt. Die Tiere sollten für eine Belohnung entweder mit einer Hand oder mit ihren Hirnimpulsen einen projizierten Ball in eine vorgegebene Richtung bewegen. Innerhalb weniger Versuchsdurchgänge lernten die Tiere, den Ball mit ihren Hirnaktivitäten ähnlich gut zu bewegen wie mit der Hand. Ständiger Sichtkontakt und Konzentration half den Tieren dabei offenbar, ihre Hirnimpulse schnell in den Griff zu bekommen. Wie jedoch das Gehirn der Affen diese Lernaufgabe meisterte, ist den beteiligten Forschern noch unklar. Die Elektroden wurden den Tieren in die Stellen des Gehirns implantiert, die auch die Bewegungen des Körpers steuern. Die Gehirne der Rhesusaffen konnten offenbar zügig lernen, Eindrücke des Sehsystems mit Aktivitäten an den achtzehn Orten des Gehirns zu koordinieren, an denen die Elektroden saßen.

(aus dem News-Ticker Bild der Wissenschaft)

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Maschinen aus DNA

10.5.2002

Zwei amerikanische Forschergruppen haben große Fortschritte in der Herstellung komplexer Netzwerke und molekularer Maschinen erzielt, die auf dem menschlichen Erbgut DNA basieren. Die molekularen Motoren und Gerüste sind nur wenige Nanometer (Millionstel Millimeter) groß und könnten unter anderem in zukünftigen ultrakleinen elektromechanischen Geräten eingesetzt werden.
Die Forschergruppe um Dorothy Erie von der Universität von North Carolina in Chapell Hill hat komplexe Netzwerke und gerüstartige Strukturen mit Hilfe von langen DNA-Abschnitten hergestellt. Eine genaue Kontrolle über die Basensequenz einsträngiger DNA-Abschnitte ermöglichte die genaue Positionierung von Knotenpunkten in den Netzwerken - dort binden zwei Stränge mittels komplementärer Paarbindung aneinander. Die auf diese Weise hergestellten Strukturen weisen eine Dicke von nur 2 Nanometern und eine Länge zwischen 5 und 200 Nanometern auf. Darüber berichten die Forscher in dem Fachblatt Nano Letters (Band 2, Seite 269).
Jianwei Li und Weihong Tan von der Universität von Florida in Gainesville gehen in ihrer ebenfalls in Nano Letters (Band 2 Seite 315) veröffentlichten Arbeit noch einen Schritt weiter. Sie haben einen molekularen Motor aus DNA hergestellt, der sich wie ein sogenannter "Inchworm"-Motor streckt und ausdehnt. Motoren dieser Art sind in lebenden biologischen Zellen tätig und ermöglichen unter anderem die Fortbewegung von Bakterien, die Kontraktion von Muskelzellen sowie den Transport biochemischer Stoffe im Zellinnern.
Der Motor besteht im wesentlichen aus drei DNA-Strängen. Strang Nummer 1 hat eine Sequenz, die eine Paarbindung mit sich selbst auslöst - der Strang knäult sich in Form einer Schleife zusammen. Strang Nummer 2 weist eine zu dem ersten Strang komplementäre Sequenz auf und zieht diesen auseinander, um mittels komplementärer Paarbindung eine Doppelhelix zu bilden. Ein dritter DNA-Strang weist nun eine Sequenz auf, die stärker zu Strang 2 bindet, als dieser zu Strang 1. Dies ermöglicht eine Trennung der Stränge 1 und 2, so dass sich Strang 1 wieder zusammenzieht. Nun kann der Vorgang von vorne beginnen.
Das auf diese Weise erzielte periodische Strecken und Zusammenziehen von Strang 1 könnte zur Bewegung anderer molekularer Strukturen benutzt werden - die DNA-Anordnung würde damit einen molekularen Motor darstellen. Die bei der Operation des Motors auftretenden Kräfte sind um ein Zehnfaches stärker als die von natürlich vorkommenden biologischen Motoren verursachten Kraftwirkungen. In welcher Weise derartige Motoren allerdings zur tatsächlichen Bewegung von Nanostrukturen eingesetzt werden können, ist noch nicht geklärt. Die ständigen Fortschritte in der Herstellung und dem kontrollierten Aufbau von auf DNA basierenden Nanostrukturen versprechen mit Sicherheit eine spannende Zukunft.

(aus dem News-Ticker Bild der Wissenschaft)

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Ratten werden Roboter

2.5.2002

US-Wissenschaftler haben die Bewegungen von Ratten per Fernbedienung gesteuert. Mittels ins Gehirn implantierter Elektroden konnten sie die Tiere noch aus 500 Meter Entfernung zielgerichtet lenken. Möglicherweise könnten die Ratten künftig für Rettungsaufgaben oder bei der Räumung von Landminen eingesetzt werden, schreibt das Team im britischen Fachblatt »Nature« vom Donnerstag. Sanjiv Talwar von der State University New York und seine Mitarbeiter schnallten den Ratten einen Mikroprozessor auf den Rücken, über den sie per Fernbedienung die implantierten Elektroden im Gehirn ansprechen konnten. Mit einem kleinen Stromschlag reizten sie so genau die Regionen, die normalerweise Signale von den Tasthaaren der Schnauze verarbeiteten. Sie konnten dabei gezielt eine Berührung entweder der rechten oder der linken Tasthaare simulieren. Antwortete die Ratte auf ein solches Signal mit einer korrekten Richtungsänderung, aktivierten die Wissenschaftler zusätzlich das »Belohnungszentrum« im Gehirn der Ratten. Nachdem die Tiere in einem Labyrinth die Wahrnehmung der Signale und die richtige Reaktion darauf erlernt hatten, konnten die Wissenschaftler sie auch im »freien« Gelände problemlos steuern. Außer den einfachen Rechts-Links-Bewegungen brachten sie die Ratten auch zum Springen oder Klettern. Darüber hinaus gelang es, sie in Gelände zu führen, die die Nager normalerweise meiden würden, wie zum Beispiel hell erleuchtete Flächen. Nach Ansicht der Wissenschaftler stellen ihre Experimente eine Erweiterung des klassischen Lernverhaltens dar, bei dem Tiere belohnt werden (etwa mit Futter), wenn sie auf ein Signal hin mit einem gewünschten Verhalten reagiert haben. Ferngesteuerte Ratten könnten nach Ansicht der Forscher quasi als intelligente Roboter Arbeiten ausführen.

(aus Stern - Wissenschaft)

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Froschaugen aus dem Reagenzglas

27.4.2002

Japanische Forscher haben Augen von Fröschen im Reagenzglas gezüchtet. Kaulquappen, denen das Team die Augen eingepflanzt hatte, könnten damit normal sehen und hätten sich zu gesunden Fröschen entwickelt, berichtet das Wissenschaftsmagazin "New Scientist".
Die Forscher um Makoto Asashima von der Universität Tokyo hatten stammzellenähnliche Gewebe aus Froschembryonen in verschiedenen Wachstumshormonen gebadet. Dabei entwickelten sich die Zellhaufen zu Augen mit Linse, Sehnerv, Horn- und Netzhaut. Eingepflanzt in Kaulquappen, stellte das Auge bereits nach einer Woche Verbindungen zum Gehirn her, fanden die Biologen.
Ob die Technik in Zukunft blinden Menschen helfen könnte, ist jedoch umstritten. Das menschliche Auge sei komplexer und bisherige Versuche,y Augen zu transplantieren, seien missglückt, sagen Experten.

(aus dem News-Ticker Bild der Wissenschaft)

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Künstliche Hornhaut sorgt für Durchblick

25.4.2002

Forscher des Lions Eye Institutes in West-Australien haben eigenen Angaben zufolge die erste flexible, künstliche Hornhaut entwickelt. Das Kunstgebilde besteht aus einer weichen Plastik-Kombination und wird im Fall einer erkrankten oder geschädigten Hornhaut (Cornea) implantiert. Wie die Forscher in der aktuellen Online-Ausgabe von The Age berichten, lag die Erfolgsrate bei bisher 41 Patienten bei 80 Prozent. Die Ergebnisse präsentierten die Forscher um Celia Hicks kürzlich auf der Ophthalmology Konferenz in Sydney.
Die neue Methode soll besonders jenen Patienten helfen, deren Augen bisher Hornhauttransplantate von Spendern abstießen. "Bestehende synthetische Materialien sind starr. Dadurch erhöht sich das Risiko einer Augeninfektion", so Hicks. Die künstliche Hornhaut mit dem Namen Chirila Kpro besitzt das Aussehen von weichen Kontaktlinsen. Das Material ist biokompatibel, dadurch kann das augeneigene Gewebe hineinwachsen und die Gefahr einer Abstoßung sinkt. "Die Implantation erfolgt in einem Schritt und nicht wie bisher in mehreren Abschnitten", erklärte die Augenexpertin. Wann die neue, künstliche Hornhaut auf den Markt kommt, steht noch nicht fest.
Das Lions Eye Institut beschäftigt sich seit mehr als sieben Jahren mit der Entwicklung einer synthetischen Cornea. Das Institut spricht von einem Durchbruch bei der 200 Jahre langen Suche nach einer künstlichen Hornhaut. Die Materialienliste reicht dabei von Glas, Teflon, Silicon bis zu menschlichen Zähnen. Hornhaut-Blindheit betrifft weltweit rund zehn Milionen Menschen jährlich. Im Jahr werden rund 100.000 Implantationen durchgeführt.

(aus dem News-Ticker Bild der Wissenschaft)

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Regeneration durchtrennter Nerven: Enzym macht den Weg frei

11.4.2002

LONDON (Großbritannien) - Bei Säugetieren können sich durchtrennte Rückenmarksnerven nicht mehr regenerieren. Chemische und mechanische Barrieren verhindern, dass sich neue Nervenfortsätze bilden, obwohl das prinzipiell möglich ist. Jetzt haben britische Wissenschaftler zur Behandlung ein bakterielles Enzym eingesetzt, das an Proteine gebundene Zuckerketten abspaltet und damit wachsenden Nervenenden den Weg frei macht. Wie die Forscher des King's College London im Fachblatt Nature mitteilen, ist es auf diese Weise bei Ratten gelungen, die Bewegungsfähigkeit gelähmter Tiere wiederherzustellen. Nach einer Rückenmarksverletzung bildet sich ein Narbengewebe, das verhindert, dass neue Nervenfortsätze die Verletzungsstelle überbrücken. Dabei lagern sich vermehrt Proteine mit langen Ketten von Zuckermolekülen, so genannte Chondroitinsulfate, außerhalb der Zellen ab. Einige Bakterien besitzen ein Enzym, die Chondroitinase ABC, das die Zuckerketten vom Protein abspaltet. Die Arbeitsgruppe von Stephen McMahon benutzte dieses Enzym als "molekulare Machete", die den Nervenenden den Weg zu neuem Wachstum frei machen soll, wie es Lars Olson vom schwedischen Karolinska-Institut in einem begleitenden Kommentar formuliert. Die Forscher konnten nachweisen, dass eine solche Enzymbehandlung die Nervenfortsätze an der Verletzungsstelle zum Wachstum stimulierte. Dadurch wurde die Funktion der Nervenzellen teilweise wiederhergestellt: Eine Signalübertragung zwischen dem Gehirn und dem Rückenmark war, wenn auch abgeschwächt, wieder möglich. Die Behandlung führte dazu, dass sich die zuvor gelähmten Tiere wieder fast normal bewegen konnten. Die Ergebnisse zeigen, dass sich der Abbau hemmender Chondroitinsulfate auch für die Behandlung von Rückenmarksverletzungen beim Menschen als nützlich erweisen könnte, schreiben die Wissenschaftler. Für eine vollständige Wiederherstellung der Funktion durchtrennter Nerven wird aber wahrscheinlich eine Kombination verschiedener Maßnahmen nötig sein. So müssten gleichzeitig weitere bekannte Hemmstoffe blockiert und die Bildung von Wachstumsfaktoren stimuliert werden.
Quelle: Nature / Wissenschaft aktuell

(aus dem Leonardo Newsletter)

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Laser "drucken" künstliche Knochen

28.3.2002

Implantate für Unfallpatienten müssen exakt an den jeweiligen Körper angepasst werden. Eine Alternative zu dem wochenlangen Prozess, bei dem erst Gussformen hergestellt und danach die Rohlinge aus Titan nachgearbeitet werden, haben nun deutsche Wissenschaftler vom Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT in Aachen entwickelt. Wie ein dreidimensionaler Drucker lässt ein Laser aus Metallpulver Schicht für Schicht ein passendes Implantat oder künstliche Knochen aus Titan entstehen.
"Das Implantat wird direkt aus Computer-Tomografischen-Daten (CT-Daten des Patienten) aufgebaut. Formgebende Werkzeuge werden nicht benötigt", sagt Projektleiter Wilhelm Meiners. Anhand dieser dreidimensionalen Bilddaten schmelzt der Fokus des computergesteuerten Laserstrahls das Metallpulver. Punkt für Punkt verbindet sich die Schmelze mit der vorhergehenden Schicht zu einer festen Struktur. Der künstliche Knochen wird auf einer absenkbaren Platte hergestellt. Ist die erste Schicht fertig, wird die Platte ein Stück heruntergefahren, neues Metallpulver aufgetragen und die nächste Schicht produziert. Innerhalb von wenigen Stunden wird so das Implantat exakt nach den CT-Daten aufgebaut.
Schnell und preisgünstig soll dieses so genannte "Rapid Prototyping-Verfahren" sein. "Die Herstellung erfolgt ohne Materialverlust. Metallpulver, das nicht zum Bauteil gehört, kann vollständig wieder verwendet werden", so Meiners. Um die Leistungsfähigkeit des Verfahrens zu demonstrieren, haben die Forscher bereits das Modell einer Schädelkalotte aus Titan hergestellt. "Mit dieser Technik kann nahezu jede beliebige Geometrie gefertigt werden", sagt Meiners.
Bisher werden solche Rapid-Prototyping-Verfahren im Maschinen- und Werkzeugbau eingesetzt, um in kurzer Zeit Prototypen herzustellen. Außer für die Herstellung von Implantaten bietet es sich auch für die Produktion komplexer Bauteile aus Leichtbauwerkstoffen an. Damit eröffnet das Verfahren neue Möglichkeiten für den Ultraleichtbau etwa in der Luft- und Raumfahrt. Ihren "Knochendrucker" stellen die Forscher auf der kommenden Hannovermesse vor.
(aus dem News-Ticker Bild der Wissenschaft)

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Künstliche Augenmuskeln statt Lesebrille

26.3.2002

Albuquerque (rpo). Ein Band aus künstlichen Muskeln könnte künftig die exakte Fokussierung des Auges übernehmen, wenn die Augenlinse im Alter an Flexibilität verliert. Forscher der University of New Mexico entwickeln zurzeit eine Alternative zur Lesebrille für Altersweitsichtige. Vision des Institutsleiters für künstliche Muskeln Mohsen Shahinpoor ist ein Implantat rund um die Lederhaut des Auges, das per Knopfdruck den Augapfel geringfügig zusammenschnürt und so den Brechungsfehler des Auges korrigiert. Forscher hoffen bereits in drei bis fünf Jahren auf den Einsatz in der Praxis. Der implantierte Muskel namens "smart eye band" soll über einen Schalter hinter dem Ohr gesteuert werden. Der Schalter aktiviert über ein elektronisches Magnetfeld, das in den Kopf hinein reicht, den Muskel und reguliert die Länge des Augapfels, um den Brennpunkt wieder auf die Netzhaut zu lenken. Der Muskel besteht aus gebündelten und biokompatiblen Kunststoffstreifen, die mit feinsten Golddrähten ummantelt sind. Abhängig von der induzierten Stärke, die reguliert werden kann, entsteht ein elektrischer Impuls, der eine Negativ-Ladung aufbaut. Positiv geladene Lithium-Ionen, die in den Kunststoffstreifen eingelagert sind, werden von der Negativ-Ladung angezogen und ziehen am Kunststoffstreifen. Die Folge ist eine minimale Zusammenschnürung des Augapfels.

(aus RP-Online Wissenschaft)

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Englischer Professor ist erster "Cyborg"

25.3.2002

London (rpo). Was man bisher nur aus Science-Ficton-Abenteuern kannte, ist in England Realität geworden: Professor Kevin Warwick hat sich mehrere Elektoden und einen Mikrochip in sein Handgelenk einpflanzen lassen und bezeichnet sich als ersten "Cyborg der Welt". Professor Kevin Warwick (48) ist nun verkabelt. Aber die Frage, ob das etwas bedeutet, bleibt noch unbeantwortet. Warwick, Professor für Kybernetik an der Universität Reading, bezeichnet sich als ersten "Cyborg" der Welt - als Mischung aus Maschine und lebendem Organismus also. Einen Mikrochip und 100 Elektroden hat er sich bei örtlicher Betäubung am linken Handgelenk einpflanzen lassen. Am Unterarm hängt ein Stecker. Und wenn die Wunden verheilt sind, dann will sich Warwick an seinen Computer anschließen. Die 100 Elektroden sind mit den in seinem Arm verlaufenden Nerven verbunden. Wenn alles nach Plan geht, dann hofft er, dass es möglich sein werde, beispielsweise seine Gefühle und Empfindungen zu messen und aufzuzeichnen. Und weitere große Pläne hat er auch schon. "Alles nur ein Publicityunternehmen", wiegelt der Neurologieprofessor Steve McMahon vom King's College ab. Die Nerven, mit denen Gefühle übertragen würden, seien einfach zu klein, um mit heutiger Technologie zu irgendwelchen brauchbaren Ergebnissen zu kommen. "Elektronische Implantate werden in Zukunft eine immer wichtigere Rolle spielen, aber dieses Implantat führt uns therapeutisch und theoretisch nicht weiter." Da zeigt sich Warwick in einem Interview mit der BBC empört: "Zu behaupten, man würde der Publicity wegen eine Zwei-Stunden-Operation über sich ergehen lassen, ist ja wohl unsinnig." Freilich sind die Zweifel an dem Mann mit den eingepflanzten Elektroden nicht neu. 1998 schon ließ er sich einen Elektronik-Chip unter die Haut pflanzen, mit dem er eigenem Bekunden zufolge vor den Gefahren des "durchsichtigen Menschen" warnen wollte. Die Folge war, dass zwar das Licht automatisch anging, wenn Warwick einen bestimmten mit einem Sensor präparierten Raum in der Universität betrat - ansonsten aber kam die Wissenschaft durch die Aktion nicht wesentlich weiter. "Was wir tun, ist bedeutsam und historisch. Das wird die Welt verändern", sagt Warwick mit der ihm eigenen Bescheidenheit. Wenn die Datenübertragung richtig funktioniert, dann werde aufgezeichnet, welche Gefühle er habe, wenn er fernsieht oder wenn er einem Fußballspiel zuschaut. "Man wird mich von hinten anspringen und sehen, wie ich reagiere, wenn ich überrascht bin." Dann will Warwick versuchen, den Leitungsweg umzudrehen: Der Computer soll Signale an seine Nerven senden und man werde herauszufinden versuchen, ob es möglich sei, Gefühle wie Zuwendung oder Ärger herzustellen. Und Ehefrau Irena (53) steht auch schon bereit. Falls alles wie geplant verläuft, dann will auch sie sich am Handgelenk Elektroden einsetzen lassen. Und wenn die beiden per Computer verbunden seien, dann werde man ja sehen, ob beispielsweise dann, wenn Professor Warwick den Finger rührt, sich auch bei der Ehefrau etwas bewege. "Wenig nutzbare Daten", sagt dagegen der Skeptiker McMahon voraus. Er rät, Warwick solle doch lieber mit dem - wesentlich simpleren - Nervensystem von Kakerlaken und Fliegen experimentieren und erst dann an sich oder andere Menschen Hand anlegen, wenn es eine Technologie gebe, mit der man jene Nerven beobachten könne, die Warwick im Sinn habe. "Wir wissen nicht, welche Daten wir bekommen, aber wir wollen es herausfinden", sagt Warwick trotzig. Einen Monat lang sollen die Experimente dauern, die in ähnlicher Weise bisher nur an Katzen und Hunden vorgenommen worden seien. Am Ende des Warwickschen Denkens steht eine Welt, in der nicht nur Querschnittgelähmte sich wieder bewegen können, sondern in der Menschen "ihr Gehirn mit zusätzlichem Gedächtnisspeicher oder zusätzlicher Intelligenz verbessern können". "Ich bin sehr aufgeregt", sagt Warwick, aber ich teile natürlich die ethischen Bedenken über das, was das für die Menschheit bedeuten könnte."
Homepage von Kevin Warwick

(aus RP-Online Wissenschaft)

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Mit Strom künstliche Knochen wachsen lassen

21.3.2002

Strom kann spezielle Zellen in einer Nährlösung zum Wachstum von künstlichen Knochen anregen. US-Wissenschaftler nutzten nun diese Eigenschaft und steuerten die Bildung der Knochenzellen mit winzigen Elektroden aus so genannten Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Damit konnten sie die unerwünschte Klumpenbildung vermeiden, die bisher bei den elektrisch aktivierten Zellen auftrat und eine medizinische Anwendung erschwerte, berichtet das Magazin "Technology Review" (Ausgabe April 2002).
"Es war eine große Überraschung, dass es so gut funktionierte", sagt Bioingenieurin Rena Bizios vom Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) in Troy im US-Staat New York. Mit den nur wenige milliardstel Meter dicken Elektroden konnten Bizios und ihre Kollegen den elektrischen Strom sehr gleichmäßig zu den Rattenzellen in der Nährlösung leiten. Bei fließendem Strom wuchsen die Zellen und begannen, Eiweiße und Calzium abzulagern, wodurch die Zellen nach und nach zum Knochen aushärteten.
Bisher behandeln Chirurgen die Knochenschäden, die nicht mehr von selbst verheilen, mit Titan- oder speziellen Kunststoffprothesen. Bizios hofft nun, dass mit ihrer Technik, künstliche Knochen aus gespendeten Zellen des Patienten besser und genau den Anforderungen an Form und Größe entsprechend gezüchtet werden können. Die Nanoelektroden - eingebettet in einem Kunststoffgerüst - sollen dabei eine genauere Kontrolle des elektrisch stimulierten Wachstums garantieren.

(aus dem News-Ticker Bild der Wissenschaft)

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Mit dem Gehirn als Cursor im Internet surfen

14.3.2002

PROVIDENCE (USA) - Die Zeiten sind nicht mehr fern, da braucht man nur noch zu denken, und schon bewegt sich der Cursor über den Bildschirm. Ermöglichen könnte dies die Forschung eines Wissenschaftler-Teams der Brown University, das an Gehirnimplantaten zur Lenkung eines Cursors arbeitet. Über ihre Erkenntnisse berichten sie im Fachblatt "Nature". Während Rhesus-Affen am Computerschirm ein einfaches Pinball-Spiel spielten, zeichnete eine kleine Anordnung von Elektroden, die den Affen implantiert worden war, die Aktivität einiger Nervenzellen im motorischen Cortex auf. In dieser Region feuern die Nervenzellen, sobald das Individuum eine Hand bewegt. Mit Hilfe mathematischer Formeln, so genannter linearer Filter, entwickelten die Forscher um John Donoghue und Mijail D. Serruya ein Modell, das das Feuern der Nervenzellen in Bezug zur Zielposition des Cursors auf dem Bildschirm brachte. Durch diese linearen Filter ließen sich beliebige Handbewegungen aus neuen Nervenzell-Signalen rekonstruieren. Die Elektrodenanordnung wurde auch an den Computer angeschlossen, an denen die Affen sich mit dem Pinball-Spiel beschäftigten. Nachdem die Signale der Handbewegungen rekonstruiert waren, unterbanden die Forscher die Gehirnsignale für die echten Handbewegungen im Gehirn und aktivierten stattdessen rekonstruierte. "Wir ersetzten die Hand-Kontrolle durch die Denk-Kontrolle", erklärt John Donoghue. "Das Gehirn des Affen - nicht seine Hand - bewegte den Cursor. Die Nutzung eines rekonstruierten Signals, das dem Gehirn erlaubt, unmittelbare, komplexe und zielgerichtetes Handlungen auszuführen, ist so bisher in der Forschung nicht behandelt worden. Wir haben gezeigt, dass wir ein Signal bauen können, das in Echtzeit arbeitet. Und das ist möglich durch die Aufzeichnung von nur sechs Nervenzellen." Wenn so ein Gehirnimplantat einem Menschen eingepflanzt würde, der an Muskeldystrophie oder Rückenmarkserkrankungen leidet, könnte der Mensch alle Handlungen ausführen, die elektronisch durch Zeigen und Klicken ausgeführt werden können, meinen die Forscher. "Das schließt E-Mail-Lesen ebenso ein wie etwa die Tastatur-Nutzung zum Schreiben von Sätzen", sagt Donoghue. "Wir würden uns freuen, wenn dieses System einem Patienten erlaubte, etwas autonomer zu werden. Es würde gelähmten Patienten, die ja kognitiv ganz normal sind und nur nicht in der Lage sind, ihre Bewegungsabsichten umzusetzen, ein Stück Unabhängigkeit wiedergeben."
Weiterführende Links:
Brown University
Homepage John Donoghue
Quelle: Nature / Wissenschaft aktuell

(aus dem Leonardo Newsletter)

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