Universitätsklinikum Würzburg: Publikations-Highlights: 1. Quartal 2025

Erstmals menschengroßer MPI-Scanner entwickelt und erfolgreich am realistischen Modell getestet

Um eine zuverlässige, strahlenfreie Bildgebung von Kontrastmitteln ohne Hintergrundrauschen bei peripheren Gefäßeingriffen zu ermöglichen, haben Forscherinnen und Forscher der Experimentellen Physik der Universität Würzburg erstmals einen MPI-Scanner für menschliche Extremitäten entwickelt, der jetzt in der Radiologie des UKW an einem realistischen Modell, der Oberschenkelarterie getestet wurde.

Links: Scanner- Anordnung mit Sende- und Empfangsspulen über dem Oberschenkel (in blauem Tuch). Rechts: Steuereinheit, E/A-Peripherie und AMP-Schrank im hinteren Teil des Bedienerplatzes. ©Hartung et al. Commun Med 5, 75 (2025). https://doi.org/10.1038/s43856-025-00794-x

MPI steht für Magnetic Particle Imaging, Magnetpartikelbildgebung. Das Verfahren ist speziell auf die Detektion magnetischer Nanopartikel ausgerichtet und ermöglicht eine hochauflösende, schnelle und strahlungsfreie Bildgebung ohne Hintergrundrauschen.

Die in Nature Communications in Medicine veröffentlichte Studie zeigt, dass es möglich ist, Gefäßdarstellungen der Extremitäten ohne Röntgenstrahlung und ohne jodhaltige Kontrastmittel durchzuführen. Dies ist insbesondere für Patientinnen und Patienten mit Nierenproblemen relevant und reduziert das Strahlenrisiko für Behandelte und Behandelnde.

Details finden Sie in der Pressemeldung: Löst Magnetpartikelbildgebung (MPI) das Röntgen ab?

Viktor Hartung, Philipp Gruschwitz, Anne Marie Augustin, Jan-Peter Grunz, Florian Kleefeldt, Dominik Peter, Süleyman Ergün, Johanna Günther, Teresa Reichl, Thomas Kampf, Martin Andreas Rückert, Stefan Herz, Volker Christian Behr, Thorsten Alexander Bley & Patrick Vogel. Magnetic particle imaging angiography of the femoral artery in a human cadaveric perfusion model. Commun Med 5, 75 (2025). https://doi.org/10.1038/s43856-025-00794-x

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Fibromyalgie-Syndrom: Autoantikörper greifen Strukturen des peripheren Nervensystems an

Die Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Claudia Sommer von der Neurologischen Klinik und Poliklinik zeigt in ihrer in der Fachzeitschrift PAIN veröffentlichten Studie, dass ein fehlgeleitetes Immunsystem möglicherweise nicht nur eine Reaktion des Körpers auf das Fibromyalgie-Syndrom (FMS) ist, sondern ursächlich mit den Symptomen zusammenhängt.

Gefrierschnitte von Spinalganglien der Ratte wurden auf die Bindung von kommerziell erhältlichen Antikörpern („Vergleichs-AK“) gegen Neurofilament 200 (NF200) und den Capsaicin-Rezeptor TRPV1 getestet. Die erste Spalte zeigt, dass NF200 erwartungsgemäß an große Neuronen und TRPV1 an kleine Neuronen bindet. Die zweite Spalte zeigt die Bindung von Serum eines Patienten mit Fibromyalgiesyndrom an diese Neuronen. Das Serum bindet hauptsächlich an große Neuronen. Die dritte Spalte zeigt die Überlagerung der beiden Färbungen. Das Patientenserum kolokalisiert mit dem Marker NF200, aber nicht mit dem Rezeptor TRPV1. Für verschiedene Patienten mit Fibromyalgiesyndrom wurden unterschiedliche Bindungsmuster gefunden. Bildquelle: C. Sommer/S. Seefried / UKW

So fand die Medizindoktorandin Anastasia Barcic heraus, dass bei über 35 Prozent der vom FMS Betroffenen Autoantikörper vorliegen, die gegen Strukturen des peripheren Nervensystems gerichtet sind. Sabine Seefried, naturwissenschaftliche Doktorandin, untersuchte mithilfe von Immunmarkierungen, an welche Strukturen des peripheren Nervensystems die Autoantikörper binden. Sie identifizierte dabei unterschiedliche Bindungsmuster, die bestimmte Patientengruppen kennzeichneten. So war bei Betroffenen mit Antikörperbindung an Satellitenzellen die Schmerzintensität höher, während Bindungen an hitze- und schärfeempfindliche Nervenzellen häufiger mit Brennschmerzen einhergingen. Weitere Erkenntnisse könnten neue, gezieltere Therapien ermöglichen.

Weitere Informationen liefert die Pressemeldung.

Seefried, Sabine; Barcic, Anastasia; Grijalva Yepez, Maria Fernanda; Reinhardt, Lena; Appeltshauser, Luise; Doppler, Kathrin; Üçeyler, Nurcan; Sommer, Claudia^*. Autoantibodies in patients with fibromyalgia syndrome. PAIN ():10.1097/j.pain.0000000000003535, February 5, 2025. | DOI: 10.1097/j.pain.0000000000003535

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MARBLE analysiert Hirnaktivitäten

Um neuronale Aktivitätsmuster im Gehirn zu analysieren und zu interpretieren entwickelte Robert Peach, Physiker und Computational Neuroscientist in der Neurologischen Klinik, gemeinsam mit befreundeten Kollegen aus Wien, London und Lausanne eine KI-Methode namens MARBLE MAnifold Representational Basic Learning.

Robert Peach, Physiker und Computational Neuroscientist aus der Neurologischen Klinik des Universitätsklinikums Würzburg (UKW) entwickelte mit ehemaligen Kollegen aus London und Lausanne MARBLE – ein computergestütztes Werkzeug, das Signale der Gehirnzellen in charakteristische Aktivitätsmuster zerlegt und ihre Bewegung in Raum und Zeit analysiert. © Kirstin Linkamp / UKW

Graphical Abstract aus 5 Bildern, die in Nature Methods erschienen sind. — Darstellung und Entschlüsselung der neuronalen Aktivität im Gehirn eines Affen während er seinen Arm bewegt: a) Bewegung der Hand in sieben verschiedene Richtungen; b) Aktivitätsmuster einzelner Nervenzellen im prämotorischen Kortex für drei dieser Bewegungen, der schattierte Bereich zeigt die analysierten Spuren nach dem GO-Hinweis für den Affen; c) Darstellung der neuronalen Daten als ein Vektorfeld, das die Veränderungen der Feuerraten über die Zeit zeigt; d) vereinfachte Darstellung der neuronalen Daten in einer einzigen Sitzung; MARBLE zeigt eine latente, kreisförmige Anordnung der Daten in zirkulärer und zeitlicher Ordnung, die die räumlichen Bewegungen widerspiegelt; e) präzise lineare Dekodierung der Handbewegungen aus den latenten Repräsentationen. © Gosztolai & Peach et al. et al. MARBLE: interpretable representations of neural population dynamics using geometric deep learning. Nat Methods (2025). https://doi.org/10.1038/s41592-024-02582-2

MARBLE nutzt geometrisches Deep Learning, um komplexe, hochdimensionale Daten auf einfachere Strukturen, sogenannte Mannigfaltigkeiten, zu reduzieren. Dadurch kann MARBLE gemeinsame Denkstrategien zwischen verschiedenen Individuen erkennen, ohne die individuellen Unterschiede zu vernachlässigen. Die Methode wurde an künstlichen neuronalen Netzen, simulierten Systemen und echten Hirndaten von Primaten und Nagetieren getestet. Die Ergebnisse zeigen, dass MARBLE wiederkehrende Muster identifizieren kann, die mit Denkprozessen wie Entscheidungsfindung oder Anpassung an neue Situationen zusammenhängen. Diese Erkenntnisse könnten zur Entwicklung fortschrittlicher Gehirn-Computer-Schnittstellen beitragen, die insbesondere Menschen mit motorischen Einschränkungen zugutekommen. Die Forschung wurde im Rahmen des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Sonderforschungsbereichs TRR 295 ReTune durchgeführt.

Details zum Projekt finden Sie in der Pressemeldung.

Gosztolai, A., Peach, R.L., Arnaudon, A. et al. MARBLE: interpretable representations of neural population dynamics using geometric deep learning. Nat Methods (2025). https://doi.org/10.1038/s41592-024-02582-2

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3D-Glioblastom-Modell verbessert Verständnis molekularer Krankheitsmechanismen

Mateo S. Andrade Mier, Doktorand in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Carmen Villmann mit ihrer Arbeitsgruppe in der Klinischen Neurobiologie entwickelte mit Partnerinnen und Partnern der Universitätsmedizin Würzburg ein neuartiges 3D-Zellkulturmodell, das die natürliche Umgebung von Glioblastomen – aggressiven Hirntumoren – realistisch nachbildet.

Mikrofaser-Gerüst: Mateo S. Andrade Mier und Carmen Villmann betrachten die Gerüste aus Mikrofasern, die den ultraweichen Biotinten und lebenden Zellen Struktur geben. © Daniel Peter / UKW

Das Glioblastom ist der aggressivste bösartige Hirntumor bei Erwachsenen. Das 3D- Modell ermöglicht es, die Interaktionen zwischen Tumorzellen und gesunden Gehirnzellen wie Neuronen und Astrozyten detailliert zu untersuchen. Durch die Verwendung spezieller Mikrofasergitter und Hydrogele konnten die Wissenschaftler die komplexe Tumorumgebung im Labor simulieren. Das Modell, das ähnliche Eigenschaften wie die in vivo Situation aufweist, dient dazu, die Mechanismen der Tumorresistenz gegenüber Chemotherapien besser zu verstehen und neue Therapieansätze zu erforschen. Im nächsten Schritt soll das System weiterentwickelt werden, um ausschließlich humane Zelltypen zu integrieren und so noch realistischere Studien zu ermöglichen.

Details zum Forschungsprojekt liefert die Pressemeldung vom 27.02.2025.

Mateo S. Andrade Mier, Esra Türker, Jessica Faber, Mike Friedrich, Zan Lamberger, Jeannette Weigelt, Panthipa Suwannakot, Benedikt Gantert, Abhinav Singh, Vanessa Moessler, Annemarie Sodmann, Nicoletta Murenu, Joachim Schenk, Natascha Schaefer, Torsten Blunk, Aldo R. Boccaccini, Tessa C. Lühmann, Jörg Tessmar, Jeremy M. Crook, Eva Tomaskovic-Crook, Paul D. Dalton, Gregor Lang, Robert Blum, Reiner Strick, Silvia Budday, Katrin G. Heinze, Carmen Villmann. 3D In Vitro Glioma-Neuron-Astrocyte Biomimetic Composites Recapitulate Key Molecular Mechanisms Linked to Glioblastoma Multiforme Pathophysiology. Advanced Functional Materials. First published: 23 January 2025, https://doi.org/10.1002/adfm.202419211

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Fehlfunktion glyzinerger Synapsen durch Autoantikörper

Das sogenannte Stiff Person Syndrom ist eine seltene neurologische Erkrankung, bei der Betroffene unter starken Muskelverkrampfungen, Steifheit und einer übersteigerten Schreckreaktion leiden. Die Erkrankung steht in Verbindung mit bestimmten Autoantikörpern – also Abwehrstoffen des eigenen Immunsystems, die sich fälschlicherweise gegen körpereigene Strukturen richten.

anti-Glyzinrezeptor Autoantikörper bedingen weniger Ausschüttung des Neurotransmitters Glyzin von der Präsynapse und somit eine Fehlfunktion postsynaptischer Rezeptoren. (Links) Situation an der Synapse im gesunden Zustand, (rechts) Veränderungen unter Krankheitsbedingungen. Rotes Kreuz markiert die prä- und postsynaptischen Fehlfunktionen der Rezeptoren, an welche die Autoantikörper binden.

In einer kürzlich in Neurology - Neuroimmunology and Neuroinflammation erschienenen Publikation untersuchte Dr. Anna-Lena Wiessler vom Institut für Klinische Neurobiologie die Bindung, wie diese Autoantikörper auf bestimmte Schaltzellen im Nervensystem wirken. Dazu analysierte sie so genannte Glycinrezeptoren, die eine hemmende Wirkung auf die Erregung der Nervenzellen haben und sich an den Enden der Nervenzellen, also an den Synapsen befinden.

Mittels hochauflösender Mikroskopie und elektrophysiologischen Messungen zur Funktion des Rezeptors konnte sie zeigen, dass es als Folge der Bindung von Autoantikörpern an präsynaptische Glyzinrezeptoren zu einer Fehlfunktion der inhibitorischen Ionenkanäle kommt. Das heißt, dass die „Bremssignale“ im Nervensystem nicht mehr richtig funktionieren, was vermutlich zu den typischen Symptomen des Stiff Person Syndroms beiträgt. Damit wurde ein neuer Pathomechanismus der Autoantikörper gegen diese Ionenkanäle auf molekularer Ebene aufgeklärt.

Anna-Lena Wiessler, Fang Zheng, Christian Werner, Margarita Habib, Erdem Tuzun, Christian Alzheimer, Claudia Sommer, Carmen Villmann. Impaired presynaptic function contributes significantly tot he pathology of glycine receptor autoantibodies. Neurol Neuroimmunol Neuroinflamm. 2025 Mar;12(2):e200364. doi: 10.1212/NXI.0000000000200364

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Kombination aus FISH und SKY92 verbessert Diagnostik beim Multiplen Myelom

Forschende des Myelomzentrums Würzburg haben einen bedeutenden Fortschritt in der Diagnostik des Multiplen Myeloms erzielt. Durch die Kombination zweier Methoden – der Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH) und des Genexpressionsprofils SKY92 – können Hochrisikopatienten präziser identifiziert werden.

Vertreter des Studienteams im Würzburger Myelomzentrum v.l.n.r.: Hermann Einsele, Martin Kortüm, Leo Rasche und Erstautor Xiang Zhou. © Kirstin Linkamp / UKW

Diese Kombination ermöglicht es, genetische Veränderungen wie del(17p), t(4;14) und +1q21 sowie spezifische Genaktivitätsmuster zu erkennen, die auf eine aggressive Krankheitsform hinweisen. Die Studie, die im Fachjournal HemaSphere veröffentlicht wurde, zeigt, dass diese diagnostische Strategie eine genauere Risikoeinschätzung erlaubt und somit eine individuell angepasste Therapieplanung unterstützt.

Weitere Informationen liefert die Pressemeldung vom 27.02.2025

Xiang Zhou, Annika Hofmann, Benedict Engel, Cornelia Vogt, Silvia Nerreter, Yoko Tamamushi, Friederike Schmitt, Maria Leberzammer, Emilia Stanojkovska, Marietta Truger, Xianghui Xiao, Christine Riedhammer, Maximilian J Steinhardt, Mara John, Julia Mersi, Seungbin Han, Umair Munawar, Johannes M Waldschmidt, Claudia Haferlach, Hermann Einsele, Leo Rasche, K Martin Kortüm. Combining SKY92 gene expression profiling and FISH (according to R2-ISS) defines ultra-high-risk Multiple Myeloma. Hemasphere. 2025 Jan 23;9(1):e70078. doi: 10.1002/hem3.70078. PMID: 39850647; PMCID: PMC11754766.

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Impact-Training ist beim Multiplen Myelom machbar

In einer Machbarkeitsstudie untersuchten Prof. Franziska Jundt und Sportwissenschaftlerin Anne Kollikowski ein neuartiges Bewegungsprogramm für Patientinnen und Patienten mit Multiplem Myelom. Beim sogenannten Impact-Training sollen durch gezielte Stampf- und Sprungübungen die durch die Krebserkrankung geschädigte Knochenstruktur gestärkt und die Lebensqualität der Betroffenen verbessert werden.

Sportwissenschaftlerin Anne Kollikowski (links) und Onkologin Franziska Jundt prüften am Uniklinikum Würzburg, ob ein Impact-Training beim Multiplen Myelom sicher und machbar ist. In einer Folgestudie wollen sie die Wirksamkeit des Stampf- und Sprungtrainings auf die Knochengesundheit prüfen. © UKW / Kirstin Linkamp

Bei dieser Krebserkrankung des Knochenmarks infiltrieren die Tumorzellen das Skelett und zersetzen die Knochen. 80 Prozent der Myelom-Patientinnen und Patienten leiden unter Knochenabbau und teilweise Knochenschmerzen und -frakturen.

Eine Gruppe absolvierte sechs Monate lang ein zweimal wöchentliches, intensives Sprung- und Stampftraining, die andere Gruppe ein sanftes Dehnprogramm. In der Impact-Gruppe trainierten neun von zwölf Personen während des gesamten Studienzeitraums, in der Dehngruppe sieben von acht. Nach etwa einem Drittel der Belastungseinheiten traten Schmerzen auf, jedoch ohne schwerwiegende Nebenwirkungen. Nach sechs Monaten verbesserten sich in beiden Gruppen sowohl die Gehstrecke im Sechs-Minuten-Gehtest als auch die allgemeine Fitness, wobei die Lebensqualität in der Impact-Gruppe um fast 25 % Prozent stieg.

Das Impact-Training ist für ausgewählte Myelom-Patientinnen und -Patienten mit stabilem Skelettsystem sicher und durchführbar, führt zur erheblichen Verbesserung der körperlichen Fitness und der Lebensqualität.

Die Wirksamkeit von Bewegungstherapien auf die Knochengesundheit bei Patientinnen und Patienten mit Multiplem Myelom soll nun in einer multizentrischen, randomisierten Bewegungstherapiestudie untersucht werden.

Weitere Hintergrundinformationen zur Studie finden Sie in der Pressemeldung.

Anne Kollikowski, Marei Schallock, Ruben Ringeisen, Dirk Hasenclever, Lothar Seefried, Jan-Peter Grunz, Damir Zubac, Claudia Löffler, Freerk T- Baumann & Franziska Jundt. Feasibility and safety of impact-loading exercise in patients with multiple myeloma—a pilot study. Support Care Cancer 33, 235 (2025). doi.org/10.1007/s00520-025-09287-y

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