Universitätsklinikum Würzburg: Publikations-Highlights: 2. Quartal 2025

Skalierbares Open-Source-Software-Toolkit für die automatisierte Bilderfassung mit dSTORM

Superhochauflösung in der Fluoreszenzmikroskopie ermöglicht winzige Strukturen biologischer Proben in unglaublicher Detailgenauigkeit zu betrachten. Trotz ihres Potenzials bleibt die Erfassung hochmoderner, superhochaufgelöster Bilder aufgrund des erforderlichen technischen Fachwissens, der zeitintensiven Verfahren und der komplexen Analyse eine Herausforderung.

Das Cover von Biophysical Reports zeigt leuchtende Mikrokugeln, die aussehen wie gelb-rote Ringe, auf schwarzem Hintergrund. — Titelbild: Künstlerische Komposition autonom aufgenommener dSTORM-Bilder von farbstoffbeschichteten Mikrokugeln (SpheroRulers), welche die im Vergleich zu einem herkömmlichen Weitfeldbild erreichte verbesserte räumliche Auflösung veranschaulichen.

Freigestellt Porträts der vier Forschenden, darüber die Logos von RVZ, IZKF und UKW — Erfolgreiche Kooperation von Janis Linke und Katrin G Heinze vom RVZ und Luise Appeltshauser und Kathrin Doppler aus der Neurologischen Klinik (v.l.n.r.)

Collage aus der publizierten Studie — Automatisierte STORM-Erfassung für High-Content-dSTORM-Daten: Durch die Integration von Deep Learning in die Superauflösungsbildgebung können Bilder völlig autonom erfasst werden. (A) Die Erfassung erfolgte nach einem automatischen vierstufigen Protokoll: High-Content-Bilderfassung, gefolgt von semantischer Bildsegmentierung, gefolgt von Objektidentifizierung und schließlich dSTORM-Bildgebung. (B und C) Zur Bildgebung von βII-Spektrin in Nervenaxonen wurden die Axone in einem separaten Farbkanal identifiziert, der für Neurofilamente gefärbt war. (B) Das High-Content-Bild zeigt viele Nervenaxone in einer DRG-Neuronenkultur. Maßstab 100 μm. (C) Das DNN konnte diese Axone für die spätere automatisierte Bildgebung segmentieren (grüne Überlagerung).

Bilder und Grafiken aus der Studie — Schnelle Ermittlung axonaler Periodizitäten: Zur schnelleren Ermittlung axonaler Periodizitäten hat das Team eine Erweiterung entwickelt, die nicht von ROI-Auswahlen oder korrekt ausgerichteten Bildausschnitten abhängig ist. (A) dSTORM-Bild von βII-Spektrin in neuronalen Axonen (B) Streudiagramm aller erkannten Emitter in einem zugeschnittenen Bereich von (A) (blau), überlagert mit allen paarweisen Abständen eines Emitters (orange). (C) Histogramm aller paarweisen Abstände aller Emitter von Bild (A) (blau). Gefiltert durch eine Spline-Anpassung an den Verlauf des Axons werden die Peaks deutlich, die die periodische Anordnung der Emitter darstellen (orange). Die Peaks sind mit roten Pfeilen markiert. 190,6 nm.

In dieser Studie präsentiert die Neurologie gemeinsam mit dem Rudolf-Virchow-Zentrum – Center für Integrative und Translationale Bildgebung (RVZ) ein skalierbares Open-Source-Software-Toolkit, das die Bilderfassung mit dSTORM automatisiert. Durch die Nutzung von Deep Learning zur Segmentierung kann das Toolkit Objekte in verschiedenen biomedizinischen Proben präzise identifizieren und gezielt anvisieren, selbst solche mit geringem Kontrast. Diese Automatisierung beschleunigt die Workflows dieser Bildgebung erheblich. Durch die Bereitstellung einer breit zugänglichen, benutzerfreundlichen Lösung können Forscherinnen und Forscher verschiedener Disziplinen die Leistungsfähigkeit der Super-Resolution-Mikroskopie nutzen, ohne eine umfangreiche Spezialausbildung zu benötigen.

Das eigenständige Programm, das in der Fachzeitschrift Biophysical Reports präsentiert wird und sogar den Titel erhalten hat, ermöglicht die zuverlässige Segmentierung biomedizinischer Bilder und übertrifft bestehende Lösungen. Integriert in die Bildgebungs-Pipeline verarbeitet es hochaufgelöste Daten in Minutenschnelle und reduziert so den manuellen Arbeitsaufwand. Anhand biologischer Beispiele wie Mikrotubuli in Zellkulturen und dem βII-Spektrin in Nervenfasern zeigen Janis T Linke und Katrin Heinze vom RVZ gemeinsam mit Luise Appeltshauser und Kathrin Doppler aus der Neurologie, dass der Ansatz die superauflösende Bildgebung schneller, robuster und benutzerfreundlicher macht, auch für Mikroskopie-Laien. Dies erweitert die Anwendungsmöglichkeiten in der Biomedizin, einschließlich Hochdurchsatz-Experimenten.

Janis T Linke, Luise Appeltshauser, Kathrin Doppler, Katrin G Heinze. Deep learning-driven automated high-content dSTORM imaging with a scalable open-source toolkit. Biophys Rep (N Y). 2025 Jun 11;5(2):100201. https://doi.org/10.1016/j.bpr.2025.100201. Epub 2025 Feb 28. PMID: 40023500; PMCID: PMC11986538.

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Virtuelle Realität verbessert langfristiges Lernen in der Notfallmedizin

In den ersten Berufsjahren stehen junge Ärztinnen und Ärzte oft vor der Herausforderung, unter Zeitdruck schnell Entscheidungen zu treffen, Aufgaben richtig zu priorisieren und auf wichtige praktische Erfahrungen zurückzugreifen. Gerade in Notfallsituationen sind diese Fähigkeiten von entscheidender Bedeutung. Genau hier setzt die Technologie der virtuellen Realität (VR) an. Sie ermöglicht realistische und interaktive Lernszenarien, in denen Studierende risikofrei anhand standardisierter Notfallfälle trainieren können.

Studentin trägt VR-Brille und Handgeräte und bewegt sich damit im Untersuchungsraum der Lehrklinik; auf einer Liegt ist eine Puppe zur Untersuchung mit Patientenkittel. — VR-Simulation in der Lehrklinik des UKW

Die Arbeitsgruppe „Virtual Reality Simulation im Medizinstudium“ hat unter der Leitung von Tobias Mühling gemeinsam mit dem Münchner 3D-Visualisierungsunternehmen ThreeDee das VR-basierte Trainingsprogramm STEP-VR (Simulation-based Training of Emergencies for Physicians using Virtual Reality) entwickelt. In einer Studie wurden nun die kurz- und langfristigen Lerneffekte des VR-basierten Notfalltrainings untersucht. Die im renommierten Journal of Medical Internet Research veröffentlichten Ergebnisse zeigen, dass direkt nach dem Training die VR-Gruppe und die Kontrollgruppe beim Wissenstest ähnlich gut abschnitten. Nach 30 Tagen zeigte sich jedoch ein klarer Vorteil für die VR-Gruppe: Ihre Teilnehmerinnen und Teilnehmer konnten sich deutlich mehr Wissen merken. Insgesamt bewerteten die Studierenden das VR-Training auch als wirkungsvoller, spannender und hilfreicher.

Marco Lindner, Tobias Leutritz, Joy Backhaus, Sarah König, Tobias Mühling. Knowledge Gain and the Impact of Stress in a Fully Immersive Virtual Reality–Based Medical Emergencies Training With Automated Feedback: Randomized Controlled Trial. J Med Internet Res 2025;27:e67412, doi: 10.2196/67412, PMID: 40465566

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Optimiertes Protokoll zum Aufbau komplexer Atemwegsmodelle ersetzt Tierversuche

Seit vielen Jahren stellt das Forschungsteam rund um Maria Steinke komplexe Gewebemodelle der humanen Atemwegschleimhaut in vitro her. Diese Modelle ähneln sowohl morphologisch als auch funktionell dem Gewebe in vivo und werden unter anderem für die Infektions- und Aromaforschung genutzt. Bisher verwendete das Team als Basis zum Aufbau der Modelle eine dreidimensionale (3D) Extrazellulärmatrix, die durch Tierversuche an Schweinen gewonnen wurde.

Das Universitätsklinikum Würzburg setzt sich gemeinsam mit der Universität Würzburg und dem Fraunhofer-Institut für Silicatforschung in der Würzburger Initiative 3R dafür ein, Tierversuche in der Forschung zu reduzieren und zu ersetzen. © AdobeStock / Fraunhofer ISC

In dem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Graduiertenkolleg 2157 „3D Tissue Models for Studying Microbial Infections by Human Pathogens“ etablierten die Forscherinnen und Forscher nun gemeinsam mit Kollegen des Fraunhofer ISC und der Universität Würzburg ein Protokoll, mit welchem diese Tierversuche nun komplett ersetzen werden können: anstatt der tierischen Matrix kommt nun ein synthetisches 3D Fasergerüst aus hochporösem Polyamid 6 zum Einsatz, welches die physiologische Gewebestruktur imitiert. Diese Trägerstruktur ist biokompatibel und ermöglicht den Aufbau differenzierter humaner Atemwegsmodelle, die für die Infektions- und Aromaforschung sowie für viele weitere Fragestellungen verwendet werden können.

Niklas Pallmann, Elena Lajtha, Heike Oberwinkler, Tobias Weigel, Armin von Fournier, Agmal Scherzad, Jean-Marie Heydel, Stephan Hackenberg, Jochen Bodem, Maria Steinke. Improving Human Respiratory Mucosa Tissue Models with Polyamide 6 Scaffolds. Tissue Eng Part C Methods. 2025 Jun;31(6):203-210 doi: 10.1089/ten.tec.2025.0087. Epub 2025 Jun 4

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Das Universitätsklinikum Würzburg setzt sich gemeinsam mit der Universität Würzburg und dem Fraunhofer-Institut für Silicatforschung in der Würzburger Initiative 3R dafür ein, Tierversuche in der Forschung zu reduzieren und zu ersetzen. © AdobeStock / Fraunhofer ISC

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Flexible CI-Elektroden ermöglichen Strukturerhalt der Cochlea - exakte Lageanalyse mit „Electrode Contact View“

Die Studie untersucht die schonende Platzierung flexibler Cochlea-Implantat-Elektroden und deren Einfluss auf die Hörleistung. In einer Kohorte von 36 Patientinnen und Patienten konnte gezeigt werden, dass eine vollständige Insertion ohne elektrodenspezifische Komplikationen (keine Tip-Fold-Over oder unbeabsichtigte Scala-Devationen) erreicht wurde.

Veranschaulichung der Ausrichtung der Elektrodenkontaktansicht am Beispiel des Elektrodenkontakts C9. Nach der Bestimmung der Mittelpunktsposition des Elektrodenkontakts wird die Sagittalebene in der koronalen Ansicht auf den Modiolus gedreht. Die koronale Ebene wird dann parallel zur basalen Drehung in der axialen Ansicht ausgerichtet. Die Bildgebung erfolgte mit sekundären Rekonstruktionen von Flat-Panel-Volumen-CT (fpVCTSECO; Schichtdicke: 99 μm); die Positionskontrolle wurde mit der OTOPLAN®-Software durchgeführt. — Visualisierung des „electrode contact view“ als Basis für die Messung der intracochleären Positionskontrolle nach CI-Implantation. © Müller-Graff et al. Otol Neurotol (2025)

Besonders innovativ ist der erstmalige Einsatz des sogenannten „Electrode Contact View“, einer neu entwickelten radiologischen Analyse, die die genaue Position jedes einzelnen Elektrodenkontaktes innerhalb des cochleären Ganges (engl. cochlear duct) sichtbar macht.

Die Patientinnen und Patienten erzielten nach der CI-Implantation eine deutlich verbesserte Sprachverständlichkeit. Die Ergebnisse sprechen für den Einsatz flexibler Elektroden zur bestmöglichen Erhaltung empfindlicher Cochlea-Strukturen und zeigen, wie detaillierte Bildgebung zur individuellen Planung und Optimierung beitragen kann.

Müller-Graff FT, Herrmann DP, Spahn B, Voelker J, Kurz A, Neun T, Hackenberg S, Rak K. Position Control of Flexible Electrodes With Regard to Intracochlear Structure Preservation and Hearing Outcomes: A Retrospective Study With Implementation of the Electrode Contact View. Otol Neurotol. 2025 Jun 17. doi: 10.1097/MAO.0000000000004528. Epub ahead of print. PMID: 40570311. https://doi.org/10.1097/MAO.0000000000004528

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Bluthochdruck verursacht durch Nebennieren-Zufallstumor und geheilt durch OP

Drei Prozent der über 50-Jährigen und zehn Prozent der über 80-Jährigen haben einen Nebennierentumor, der meist zufällig bei einer bildgebenden Untersuchung des Bauchraums entdeckt wird. Sie werden daher auch als Nebennieren-Zufallstumor oder Inzidentalom bezeichnet.

Das Bild zeigt die beiden Wissenschaftler vor einer Messewand in Kopenhagen — Prof. Martin Fassnacht (links) und Prof. Antoine Tabarin präsentierten ihre aktuelle Studie beim Gemeinsamen Kongress der European Society for Paediatric Endocrinology (ESPE) und European Society of Endocrinology (ESE) im Mai 2025 in Kopenhagen. © privat

Nebennierentumor leuchtet stark auf im MRT — Das MRT zeigt einen drei Zentimeter großen Nebennierentumor auf der rechten Seite. Drei Prozent der über 50-Jährigen und zehn Prozent der über 80-Jährigen haben Nebennieren-Zufallstumore, die meist bei einer bildgebenden Untersuchung des Bauchraums entdeckt werden.

Weniger als zehn Prozent dieser Nebennieren-Zufallstumoren sind bösartig, weitere zehn Prozent führen zu einem starken Hormonüberschuss, die restlichen 80 Prozent wurden lange Zeit zu den klinisch hormoninaktiven Tumoren gezählt, von denen die Hälfte jedoch eine leicht erhöhte Produktion des Hormons Kortisol aufweist. Dass dieser leichte Kortisolüberschuss nicht zu unterschätzen ist, zeigte eine von Martin Fassnacht initiierte Studie, die im Jahr 2022 in The Lancet Diabetes & Endocrinology veröffentlicht wurde. Bei mehr als 3.500 Patientinnen und Patienten mit einem Nebennieren-Inzidentalom war damals eine erhöhte Kortisolausschüttung mit vermehrten Herz-Kreislauf-Erkrankungen und einer erhöhten Sterblichkeit assoziiert.

In der CHIRACIC-Studie wurde nun untersucht, wie sich die chirurgische Entfernung eines einseitigen Inzidentaloms mit leicht erhöhter Kortisolproduktion auf den Blutdruck auswirkt.Die Ergebnisse zeigten, dass die operative Entfernung dieser Tumoren zu einer signifikanten Senkung des Blutdrucks führte und in einigen Fällen sogar eine Heilung des Bluthochdrucks ermöglichte.

Weitere Informationen finden Sie in der Pressemeldung „Vom Bluthochdruck geheilt“

Antoine Tabarin, Stéphanie Espiard, Timo Deutschbein, Laurence Amar, Delphine Vezzossi, Guido Di Dalmazi, Yves Reznik, Jacques Young, Rachel Desailloud, Bernard Goichot, Delphine Drui, Guillaume Assié, Hervé Lefebvre, Knut Mai, Frédéric Castinetti, Sandrine Laboureau, Massimo Terzolo, Amandine Ferriere, Aurore Georget, Eric Frison, Marie-Christine Vantyghem, Martin Fassnacht & Philippe Gosse, and the CHIRACIC Collaborators. Surgery for the treatment of arterial hypertension in patients with unilateral adrenal incidentalomas and mild autonomous cortisol secretion (CHIRACIC): a multicentre open-label superiority randomized controlled trial. The Lancet Diabetes & Endocrinology. Published Online May 12, 2025. doi.org/10.1016/ S2213-8587(25)00062-2

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FKBP5-Methylierung bei Nebenniereninsuffizienz: Neue Erkenntnisse zur Beurteilung der Qualität der Glukokortikoid-Ersatztherapie

Menschen mit Nebenniereninsuffizienz können kein oder zu wenig Cortisol (ein lebenswichtiges Stresshormon) produzieren und benötigen deshalb eine Ersatztherapie mit Glukokortikoiden (GK wie z. B. Hydrocortison). Doch es ist oft schwierig einzuschätzen, ob diese Behandlung zu viel, zu wenig oder genau richtig dosiert ist. Ein Gen namens FKBP5 spielt dabei eine Rolle: Je weniger es methyliert ist, desto aktiver ist das Gen, was mit höheren Cortisondosen korreliert.

Ein Team der Endokrinologie, allen voran Irina Chifu und Stefanie Hahner, wollte wissen, ob sich dieser sogenannte Methylierungsstatus von FKBP5 eignet, um die Qualität der Cortison-Ersatztherapie zu beurteilen.

Sie untersuchten in einer explorativen Querschnittsanalyse mit 120 Patientinnen und Patienten mit chronischer Nebenniereninsuffizienz das Methylierungsmuster des FKBP5-Gens und verglichen es mit der tatsächlichen Medikamentendosis (Hydrocortison), den Cortisolwerten im Speichel und Urin, ärztlichen Therapieempfehlungen und einem klinischen Bewertungsmaß zur Einschätzung der Cortisolexposition. Außerdem wurde der Vergleich zu einer Patientengruppe gezogen, die zu viel Cortisol produziert, also Patientinnen und Patienten mit hormonproduzierendem Nebennierentumor (CPA).

Es zeigte sich, dass weniger Methylierung am FKBP5-Gen mit einer höheren Cortisondosis und höheren Cortisolwerten verbunden war. Patientinnen und Patienten, denen eine Erhöhung der GK-Dosis empfohlen wurde, zeigten einen höheren Methylierungsgrad als jene, bei denen eine Reduktion oder Beibehaltung empfohlen wurde. Die Methylierungsmuster bei Patientinnen und Patienten mit Nebenniereninsuffizienz waren ähnlich oder sogar niedriger als bei den Tumorpatientinnen und –patienten. Dies könnte auf Spitzenwerte von Cortisol durch die bislang im Vergleich zur natürlichen Cortisolausscheidung bei Gesunden unphysiologische Cortisol-Ersatztherapie hindeuten könnte.

Da der FKBP5-Methylierungsstatus mit der Cortisondosis zusammenhängt, ist er ein vielversprechender Marker, um die Angemessenheit der Therapie besser einschätzen zu können. Das könnte in Zukunft helfen, eine individuellere und feinere Dosierung der Ersatztherapie zu ermöglichen – und damit Über- oder Unterbehandlungen zu vermeiden.

Irina Chifu, Anna-Lena Richter, Juliane Lippert, Mario Detomas, Carolin Scheuermann, Sabine Herterich, Birgit Harbeck, Janik Freytag, Barbara Altieri, Stefanie Hahner, FKBP5 Methylation in Adrenal Insufficiency: New Insights into Assessing the Quality of Glucocorticoid Replacement, The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism, 2025; dgaf383, https://doi.org/10.1210/clinem/dgaf383

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FDG/IMTO-Bildgebung kann gutartige Nebennierentumoren zuverlässig erkennen

Nebennierentumoren werden häufig durch konventionelle Bildgebung entdeckt. Computertomographie und Magnetresonanztomographie sind jedoch nur begrenzt spezifisch für die Klassifizierung des häufigsten Tumortyps, des Nebennierenrindenadenoms (adrenocorticalen Adenom, ACA). Der Tumor ist gutartig und erfordert in der Regel keine Operation. Wie lassen sich also unnötige Eingriffe vermeiden?

verschiedene Computertomografische Aufnahmen von Nebennierentumoren — Beispiele für die Einteilung in die vier Tumor-Untergruppen basierend auf den Ergebnissen der funktionellen Bildgebung mittels FDG-PET und IMTO-SPECT: ACA (gutartiges adrenokortikales Adenom): FDG-negativ und IMTO-positiv; Nicht-AC (nicht-adrenokortikal) gutartig: FDG-negativ und IMTO-negativ; ACC (Nebennierenkarzinom): FDG-positiv und IMTO-positiv; Nicht-AC (nicht-adrenokortikal) bösartig: FDG-positiv und IMTO-negativ. Linke Spalte: nicht-kontrastverstärkte Computertomographie; der Tumor ist durch den roten Pfeil markiert.

Stefanie Hahner und Andreas Schirbel wollten gemeinsam mit einem interdisziplinären Team herausfinden, ob eine Kombination aus zwei modernen Bildgebungsverfahren - molekulare Bildgebung mit [18F]Fluordesoxyglucose-Positronenemissionstomographie (FDG PET) und die in Würzburg etablierte nebennierenspezifische [123I]Iodometomidat-Einzelphotonen-Emissionstomographie (IMTO SPECT) - die nicht-invasive Klassifizierung von ACA verbessert.

In der multizentrischen Studie wurden 85 Patientinnen und Patienten aufgenommen, bei denen eine Operation geplant war. Die Ergebnisse der Bildgebung wurden mit den tatsächlichen Befunden aus der Gewebeuntersuchung nach der Operation verglichen.

Es zeigte sich, dass die kombinierte FDG/IMTO-Bildgebung ACA mit sehr hoher Sicherheit (Spezifität ~96 %) erkennen, also diese gutartigen Tumoren zuverlässig identifizieren und damit helfen könnte, unnötige Operationen zu vermeiden, die bisher basierend auf der meistens durchgeführten konventionellen Bildgebung erfolgen.

Weil ein Teil der eigentlich gutartigen Tumoren (ACA) unerwartet hohe FDG-Aktivität zeigte, wurden jedoch immer noch einige gutartige Tumoren fälschlich als verdächtig eingestuft.

Für bösartige Tumoren wie das adrenokortikale Karzinom (ACC) waren sowohl die CT als auch die FDG-Bildgebung sehr empfindlich, aber weniger genau bei der Abgrenzung von gutartigen Tumoren – es kam also häufiger zu „falschem Alarm“.

Hahner S, Hartrampf P, Beuschlein F, Miederer M, Miehle K, Schlötelburg W, Fuß CT, Pfluger T, Fottner C, Tönjes A, Herrmann K, Amthauer H, Reincke M, Schreckenberger M, Sabri O, Werner J, Reuter M, Kircher S, Arlt W, Fassnacht M, Konrad Buck A, Müller HH, Schirbel A; FAMIAN investigators. Combined [¹⁸F]Fluorodeoxyglucose PET and [¹²³I]Iodometomidate-SPECT for diagnostic evaluation of indeterminate adrenal neoplasias-the cross-sectional diagnostic test accuracy study FAMIAN. EBioMedicine. 2025 Jun;116:105735. doi: 10.1016/j.ebiom.2025.105735. Epub 2025 May 20. PMID: 40398350; PMCID: PMC12148602.

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